装配式梁-柱节点研究综述

潘潭鲁,尹洪涛,严 熔

(1.武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室，武汉 430070；2.中南电力设计院，武汉 430070)

由预制部品部件在工地装配而成的建筑，称为装配式建筑。在装配式建筑中柱和梁是整个建筑的重要受力构件，因此梁柱成为装配式建筑研究的重点对象。装配式混凝土结构的梁柱节点在设计时一般要符合受力合理、整体性好、施工方便等要求，其中它们的连接方式主要分为干式连接和湿式连接两种，我国主要采用湿式连接，而干式连接在我国应用不够广泛且技术尚不成熟。

1 装配式框架结构梁-柱连接节点研究

1.1 国外研究

Loo Y C和Yao B Z[1]对两种预制钢筋混凝土梁柱连接的强度和变形行为进行了实验研究，比较研究表明，两种类型的预制混凝土连接表现令人满意，因为它们的弯曲强度无一例外高于整体连接。此外，预制连接的延展性和能量吸收能力通常优于其单片对应物。梁柱连接的销钉类型在欧洲是比较常见的，然而关于其抗震性能的知识是不完整的，并且知之甚少。Zoubek B[2]等学者为了分析销钉机构的失效，使用实验研究的结果定义和校准了FEA软件ABAQUS中的数值模型,分析了循环以及单调响应。

1.2 国内研究

徐晓珂[3]提出了一种适用于装配式混凝土结构的高性能节点连接技术，介绍了这种新型连接节点装置的构造、工作原理和优点，并对一22 层装配式框架-核心筒结构进行了受力性能分析。程蓓等[4]等对高强螺栓型钢连接节点进行低周反复荷载试验以考察其受力特性，利用有限元软件ABAQUS 建立数值分析模型并与试验结果进行验证对比，进而利用有限元模型进行参数分析，研究法兰板厚度、肋板长度、肋板厚度等参数对螺栓型钢连接节点的受力性能的影响，同时给出了针对这种连接节点的设计方法。吴从晓等[5]对装设扇形铅粘弹性阻尼器的预制装配式混凝土框架梁柱节点进行了数值仿真分析，并与试验结果进行了对比，还对比分析了普通预制节点与消能减震梁柱节点的抗震性能，并分析了不同设计参数对消能减震节点构件抗震性能的影响。章一萍等[6]设计了3 种新型后浇整体式梁柱节点，并对4个足尺梁柱节点进行了低周往复试验，发现这3种节点在强度和刚度方面能够等同现浇节点。高向玲等[7]针对装配式混凝土框架节点的连接方式，进行了现浇节点、型钢连接节点、套筒连接节点以及改进的型钢连接节点在低周反复荷载作用下的力学性能试验，结果表明：改进的型钢连接节点的滞回环更加饱满，极限承载力和耗能能力也是最优的。

2 装配式梁-柱连接节点种类

梁-柱连接节点的连接形式主要有明牛腿连接、暗牛腿连接、整体浇灌式连接、预应力装配式框架节点连接等。

2.1 明牛腿连接

明牛腿连接多用于单层或多层厂房中。这种节点承载力大，受力可靠，节点刚性好，施工安装方便。

装配式施工方法的早期，提出了暗销明牛腿连接，如图1所示。此种连接方式由牛腿处预埋铁销，梁端预留孔洞。预制梁和柱通过铁销连接之后，再进行浇灌。该节点由于需要铁销和孔洞准确对上，故对于施工和预制梁柱的制作都有较高的要求。东南大学周宇凌提出了一种混合装配式预应力混凝土框架节点连接形式。该节点由预制梁、柱通过无粘结预应力筋拼装而成。梁柱结合面采用PVA纤维混凝土砂浆灌缝连接。耗能角钢通过高强螺栓分别与预制梁、预制柱连接，为防止张拉螺栓引起混凝土柱的局部压碎，在耗能角钢与柱构件间设置钢垫板。梁端一定长度内及牛腿中设置了加密的焊接钢筋网片，提高延性。预应力明牛腿式连接形式如图2所示。

2.2 暗牛腿连接

在住宅或商业用房中，牛腿应尽量满足建筑的要求，此时常把牛腿做成不影响美观的暗牛腿。通过铁销连接的暗牛腿连接如图3所示。在暗销暗牛腿连接的基础上，提出了型钢暗牛腿连接，如图4、图5所示。型钢可以减小暗牛腿的高度，相应地增加梁端缺口梁的高度，以增加缺口梁梁端的抗剪能力。

2.3 整体浇灌式连接

在实际工程应用中有一种比较常见的装配式节点，即根据设计要求，仅预制梁、整根柱子和楼板通过现场浇筑混凝土来形成整体的装配式节点，节点核心区的钢筋采用弯折锚固和焊接连接，属于半装配式结构。这样的做法可以保证节点核心区混凝土的质量，但钢筋现场焊接质量很难保证，同时由于现场浇筑量较大，致使施工周期长，同时需要临时支撑和支模，加大了施工成本。在现浇柱预制梁节点的基础上，又提出了分别预制梁和柱，而楼板和节点核心区现浇的连接方式，如图6所示。该节点的不足之处是穿过节点核心区的梁下部钢筋密集排布，施工困难，不利于核心区混凝土浇筑时充分振捣。当采用与普通现浇方式相同梁截面宽度时，梁下部钢筋在节点区锚固连接且密集排布，对另一方向梁的截面有效高度削弱较大。

同济大学薛伟辰等进行了一组装配式混凝土框架节点拟静力试验，如图7所示。相较于传统的现浇节点，新型现浇节点的预制梁端部设置了榫头，提高了新旧混凝土的协同工作。试验结果表明4个节点试件破坏形态均为梁端受弯破坏且刚度退化程度相同，节点核心区有少数细裂缝。这种装配式节点设计的现场湿作业较多，相对应的支撑模板数量也会增加。

2.4 预应力装配式框架节点连接

为了探索预制钢筋混凝土结构的抗震性能，美国和日本共同开展了“PRESS”计划，通过对1/3比例的梁柱节点进行低周反复加载试验，研究了预制梁柱只有预应力筋连接(图8(a)、图8(b))、普通钢筋和预应力筋共同连接(图8(c))等类型的预制预应力节点，试验发现只有预应力筋连接的节点残余变形小但耗能特性差，而由普通钢筋和预应力筋连接的节点—“混合”连接节点表现出更好的耗能特性。“PRESS”计划结果表明这类用无粘结预应力筋和普通钢筋连接预制构件的节点或体系，震后梁柱、墙体基本没有破坏，预应力筋始终保持弹性，节点能回复到原来位置，残余变形小。这种震后可回复到原来位置的结构体系经过不断的发展，形成了一种新的预制装配式体系——自复位体系。

3 结 语

装配式建筑由于其具有建筑周期短、施工简单、节约材料等优点，是促进建筑产业化与绿色建筑的重要结构形式，在未来的建筑行业中一定有着重要的地位。装配式混凝土框架结构是目前国内外应用和研究最多的工业化结构体系之一，其核心部位为梁柱连接节点。连接节点的构造方式及其抗震性能不仅影响装配式结构的施工效率而且直接决定了框架结构整体的抗震表现。我国对预制装配式混凝土结构的研究不足，致使尚无完整规范来指导设计与施工。而且相比现浇整体式结构，目前的预制装配式结构的造价还是比较高的，高造价也阻碍了预制装配结构的发展。关于装配式建筑梁柱节点连接的相关研究不够完善，需更进一步的深入研究以解决当前研究中存在的一些问题。