装配式混凝土框架结构抗震性能研究

刘伟

【摘要】装配式混凝土结构属于一种现代结构，而我们旨在借此来攻克装配式结构抗震性薄弱的不足。它选取预应力筋，并在节点处实施柔性连接，辅以阻尼器协同工作，能够保障结构于地震条件下具有适宜的抗震能力。在本文中，笔者首先对装配式结构进行简析，然后研究结构湿连接和干连接。

【关键词】装配式；混凝土；框架结构；抗震性

装配式结构是以预制构件作为主要受力构件，并通过一定的装配、连接手段，把预制构件组成整体的结构。由于预制构件的机械化吊装，与现场各专业的施工同步，施工速度快，施工周期短，有利于冬季施工；并且构件预制生产效率高，产品质量好，安全环保，有效降低工程造价，节约社会资源和能源，在施工过程中实现低能耗低排放，减少建筑垃圾对环境的不良影响，实现“四节一环”的发展要求，促进我国建筑业和相关产业的发展。

一、装配式混凝土的结构类型与要求

目前国内外预制混凝土结构主要分为三种结构体系：预制装配式框架、预制装配式剪力墻、预制装配式框架-现浇剪力墙。主要承受垂直负荷的所有构件均可预制或预制和现浇结合。预制剪力墙结构可分为全预制剪力墙结构、部分预制剪力墙结构、多层剪力墙结构或预制大板结构。组合钢筋混凝土框架通常由预制构件、预制梁、预制板和非承重墙板组成。由于预制混凝土框架在地震中容易损坏，其应用长期停滞不前，美国统一建筑规范允许在高强度地震地区使用预制混凝土结构。其前提是，通过试验和分析，该结构在强度和刚度方面甚至超过了相应的灌注混凝土结构。因此，对装配框架结构系统的评价和地震机理的分析都与铸造结构相一致，并根据等效灌注结构的要求，设计和构造了承载构件之间的接头和关节接头。结构体系应具有与现浇结构、结构高度、抗震等级和抗震性能等相同的性能。设计方法与现浇结构基本相同。

二、装配式结构简析

装配式混凝土结构具有高效性和快捷性，首先，将整体建筑各自拆开，实施模块化设计，再在工厂中进行基本构件制作工作，随后，运送到施工现场，着手拼接与组装，从整体层面而言，能够把建造工序总结成设计、生产和运输安装。该结构和现浇混凝土结构相比，具有显著的优势，具体体现在下述几点：其一，预制构件工厂的实际生产条件和施工现场相比存在优势，具有良好的操作性，而这在本质层面保障了综合质量；其二，施工现场不用开展大规模的作业活动，有效缩短了工期，并控制了垃圾的产生，十分环保；其三，施工现场无需安排太多工人，便于管理，提升施工效率，控制施工成本；其四，在建造环节能够达成生产自动化与控制信息化。完成施工过程的综合把控，有效调控施工进度。

三、装配式混凝土结构整体抗震性能研究

（1）预制装配式结构体系已在国内外应用。由于预制板和其他构件在地震中表现不佳，国内学术界和工程界都对其地震安全性感到担忧，同时也限制了结构系统的推广应用。因此，对结构整体抗震性能的实验研究和理论分析是提出合适的抗震设计方法和抗震结构措施的必然过程。对于预制混凝土框架结构的整体抗震性能，许多学者在国内外进行了大量的研究。

（2）预制混凝土框架结构体系的抗震性能可以等效于现浇混凝土结构，一些性能指标甚至可以通过合理的设计（主要是装配节点的连接）超越现浇结构。研究人员在循环荷载作用下对梁河柱的连接进行了性能测试，并对6层预制混凝土框架结构进行了动态时间历史分析。结构的内部框架承受竖向荷载，内部剪力墙承受水平荷载，外窗框架具有承载和围护双重功能，抗震性能良好。在加州大学圣地亚哥分校的结构测试室中结果表明，剪力墙的横向位移可达217%，最大层间位移达到415%。对于结构体系，只有当层间位移大于3%时，结构才会有轻微的损伤。因此，预制混凝土框架结构也能表现出良好的抗震性能。研究表明，预制混凝土框架和剪力墙结构体系可用于高强度地震区。

（3）进一步研究和改进预制混凝土框架结构体系在震区的应用，可以采取不同的措施，例如改善节点的连接方式，采用预应力法增加能耗构件。框架节点采用预应力节点来提高结构的抗震性能，比较而言，框架结构为预制框架系统，另一种为预制框架-墙系统。结果表明，框架方向的最大夹层位移为4.5%，但结构没有明显的强度损失。在框架墙方向，最大夹层位移为1.8%，残余变形为0.06%。测试后，只有墙、柱底部和少量地板出现轻微损坏；而相对常见的节点预应力可以减少结构的残余变形，虽然预应力关节的能耗小于普通浇注节点，强度损失，残余变形和损伤程度明显小于后者，表明该结构具有良好的抗震性能。

（4）为验证增加耗能部件的装配结构抗震性能，ELSA实验室进行了预制混凝土框架拟动力试验，部分节点在梁柱间加入橡胶垫后节点的转动刚度较小，但具有很大的弹性变形能力，表明这类装配式混凝土框架结构具有较好的抗震性能，最大层间位移可达到8%。由于橡胶垫变形能力较大，加入橡胶垫的节点试验后可保持完好。

四、结语

总之，预制装配混凝土结构要求在整体抗震性能上达到现浇混凝土框架结构效果，为此需通过对预制构件间的连接形式与连接性能进行合理设计。

参考文献

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