叠合框架结构节点分析与构造研究

叠合框架结构节点分析 与构造研究

郭培培 1 张一 2

1 商丘工学院 476000； 2 北部湾大学 535011

摘要：叠合结构的研究是预制装配整体式框架结构的重要基础。叠合结构是半预制装配整体式结构，它是由预制构件组装以后，再浇筑叠合层混凝土。近年来，我国对混凝土叠合结构进行了许多试验与理论研究。试验研究包括叠合楼板、叠合梁的加载试验，叠合结构的梁柱节点、梁梁节点、梁板节点的加载试验等;理论研究有叠合梁、板的构造技术以及节点构造技术等得研究。

关键词：叠合；框架；节点

1梁板节点的分析与构造

1.1梁板节点的分析

叠合梁板节点与现浇梁板节点相比，具有以下特性:

(1)受力过程

叠合构件在施加单调静力荷载作用时，它受力的过程与现浇混凝土结构构件几乎相同，也可简化分为三个阶段:混凝土开裂前的弹性工作阶段、混凝土开裂至钢筋屈服阶段以及破坏阶段。而且叠合构件的开裂荷载和屈服荷载与整浇构件都十分接近，说明装配整体式梁板节点的连接形式可以满足结构的承载力要求。而叠合梁一板节点的极限承载力还显现出高于现浇梁板节点的极限承载能力，说明这种节点还具备一定的安全储备，其原因是叠合板中的构造析架钢筋对构件的刚度和极限承载力起到了较大的积极作用。

(2)破坏模式

叠合构件的破坏是首先由板破坏然后导致整个构件失去承载能力，而梁板节点部位的锚固钢筋并没有发生被拔出的现象，这一点与现浇的梁板节点基本相同，表明装配式整体结构梁板节点采用现浇梁板节点的等强度条件设计并辅以构造措施是满足结构设计原则的。

(3)变形能力

和受力过程相同，叠合构件的变形能力也和等强度设计的现浇构件非常接近，表明装配整体式结构的叠合梁板节点在等现浇强度设计下，是能够同时满足承载能力极限状态要求和正常使用极限状态要求的，力学工作性能良好。

1.2梁板节点的构造措施

梁和板通过梁板节点连接成一个整体，并且通过梁板节点将板上荷载传递给梁，由于节点的位置不同，可区分为边节点和中节点。由于节点处主要为负弯矩，制板底部钢筋可以不伸出，板和其它叠合构件拼接时，方便工厂生产。当预制板底部钢筋不伸出板端时，因此预在预制需在叠合板预制部分顶面设置接缝钢筋垂直于板缝，使之能够共同承受板端力。由于节点处支座负弯矩起主要作用，所以板的上部纵向钢筋与节点的锚固需要符合相关规范的构造要求。

2梁柱节点的分析与构造

2.1梁柱节点的分析

现浇柱叠合梁节点有以下特点:

(1)破坏过程与机制

现浇柱叠合梁在低周反复荷载作用下，首先在梁柱的结合面处出现裂缝，随着试验的进行，裂缝在梁上快速增多，到后期裂缝数量的增加有所减慢，但是宽度增大十分显著。随着荷载地不断作用，裂缝的长度以及宽度在梁上不断地发展，混凝上逐渐从表面剥落下来，最后形成一条主裂缝贯通在梁柱接合面处，试件在此梁柱接合面处被拉坏，表现为典型的梁受拉破坏形态。

(2)滞回曲线

滞回曲线能够反应结构抗震的综合能力，在梁端低周反复荷载作用下，在试验初始，滞回曲线为梭形，随着荷载的不断施加，裂缝不断发展，荷载曲线斜率不断减小，试件的刚度也在逐渐减小，位移增大，滞回曲线面积不断加大，耗能性能良好。

(3)耗能

梁端位移随着荷载的持续作用而增大，梁的耗能能力在梁端位移的增大后明显增加。当梁侧移增大以及荷载循环次数增多以后，框架进入到弹塑性阶段，结构的承载力开始出现降低现象，但是耗能逐渐增加，反映了现浇柱叠合梁框架节点具的耗能能力良好，能有效地消耗地震输入的能量。

2.2梁柱节点的构造措施

梁柱节点将梁和柱连接起来构成整体，并且起到传递荷载作用，是混凝土框架结构的重要组成部分。本文所叙述的节点主要是整体性能较好的现浇柱叠合梁整浇节点。梁柱钢筋在此节点处都采用端头锚固，以便快速施工。节点中梁底部纵筋伸入柱内锚固，锚固长度应参照《混凝上结构设计规范》规定，叠合梁端应设置剪力键，以增强梁柱节点接合面处的抗剪能力。

3主次梁节点的分析与构造

3.1主次梁节点的分析

采用叠合主次梁节点与现浇主次梁节点相比较，叠合主次梁节点的特点有一下几点:

(1)受力过程

叠合构件在施加单调静力荷载作用时，它的受力的过程与现浇混凝土结构构件几乎相同，也可简化分为三个阶段:混凝土开裂前的弹性工作阶段，此时的曲线基本成线性关系;混凝土开裂至钢筋屈服阶段，混凝土开裂后，受拉区混凝土逐渐退出工作，截面刚度降低，挠度增长变快;破坏阶段，随着裂缝逐步向上延伸，钢筋承担全部拉力，当钢筋达到屈服后，挠度急剧增大，直到构件破坏。

(2)破坏模式

叠合主次梁连接节点处的破坏形式与现浇结构主次梁节点基乎一致，即在叠合主梁与叠合次梁连接处出现裂缝，这些裂缝随着荷载的增加逐渐向下延伸，最终致使节点发生破坏，侧向斜裂缝发展很小，主要由弯曲应力造成的破坏，是典型的弯曲破坏。并且叠合面表现出良好的抗剪强度，预制混凝土和现浇混凝土能够很好的共同工作，没有出现明显的滑移。

(3)承载力

叠合主次梁节点连接与等强度设计的整浇结构主次梁节点的承载能力基本相同，表明装配整体式结构的叠合主次梁节点在等现浇强度设计下，是能够同时满足承载能力极限状态要求和正常使用极限状态要求的，力学工作性能良好。

3.2主次梁节点的构造措施

主次梁将主梁和次梁连接在一起，起到传递次梁荷载的作用。主次梁节点的构造技术与梁板节点基本上相同，仅有的差别在于次梁端

会设置剪力键，增强梁端的抗剪能力，而梁板节点处因板截面高度过小没有设置剪力键，采用的是设置接缝钢筋来提高抗剪能力。

4叠合梁、板的分析与构造

4.1叠合梁、板的分析

叠合梁、叠合板的预制部分混凝土与后浇部分混凝土经过一定的构造措施后(如叠合板在纵向钢筋方向设置析架钢筋及在结合面粗糙处理，叠合梁采用凹口截面并在结合面做粗糙处理等)，在各级荷载作用时，变形协调良好，能够很好的协同工作，并且满足承载能力要求，与整浇混凝土梁、板在工作性能上是基本一致的。

4.2叠合梁、板的构造措施

叠合梁与叠合板均为二次浇注完成，预制部分在工厂完成浇筑，然后需要运送至施工现场吊装在指定的位置装配固定，因此在预制部分要预埋吊环等起吊装置;因现场需浇筑叠合层混凝土，为保证新老混凝土的粘结力，使预制部分和叠合部分混凝土能够更好地协同工作，应对叠合构件的预制部分与叠合层的水平结合面做人工粗糙面(如拉毛、划痕等)，对预制梁宜有大于6mm的凹凸处理，对预制板宜有大于4mm的凹凸处理。

叠合梁预制部分配筋包括底部纵向受力钢筋及箍筋，底部纵向受力钢筋和箍筋均为叠合梁的整体受力钢筋，配置按计算所得。箍筋可以起到连接作用，增强新老混凝土的粘结力。叠合梁端纵向受力钢筋锚固一般采用端头锚，可以减少装配后传统锚固方法的施工程序。叠合梁梁端应设置剪力键，尺寸按相关计算所得，叠合梁现浇叠合层厚度应不小于150mm，当采用凹口截面的预制梁时，凹口深度宜大于等于50mm预制反沿厚度不宜小于50mm。

5本文小结

本文总结了现有比较好的几种预制装配式框架结构的构造方式以及它们的主要受力特点，包括叠合梁板节点的受力和构造，现浇柱叠合梁节点的受力及构造，主次梁节点的受力和构造，叠合构件的受力及构造，。可以看出装配整体式框架结构的各个方面通过一定的构造措施，采用整浇的方式连接，与等强度设计的现浇框架结构的受力情况都极其相似，所以在装配整体式框架结构的设计上，可以采用等同现浇的设计，辅以施工阶段验算和局部构件的验算的方法，增加相应的构造措施。

参考文献：

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