地震区装配式混凝土梁柱节点性能研究

张家富 张 敏 许耀琳

(阳光学院，福建 福州 350015)

在当前混凝土结构施工方法主要有现浇式和装配式，现浇式和装配式两者的区别在于前者是在施工现场完成整个步骤，而后者主要是先预制，再运到现场吊装，具体的区别如下图1所示。

图1 混凝结构施工方式

从上图中我们不难得出与传统现浇式混凝土建筑相比装配式建筑更具优势，虽然装配式建筑优势相对明显，但也存在致命弱点——节点连接刚性不足，进而导致装配式建筑整体性较差。如果将这几年中地震资料进行对比，我们不难发现在装配式建筑中导致其破坏的往往是各构件的连接节点，而梁柱等构件破坏相对较轻。所以在装配式结构设计过程时，往往会选择较安全的节点连接方式来提高建筑结构的整体稳定性。因此装配式建筑中梁柱节点的连接不仅是影响装配式结构承载力性能稳定性的主要因素，更是影响抗震性能稳定性的主要因素，故装配式结构更注重梁柱节点的连接问题[1]。

节点连接作为装配式建筑结构的核心问题，在装配式建筑结构中处于极其重要的地位，连接的是梁柱的核心区域。因此可靠的节点连接才能保证装配式建筑各构件之间能按设计要求传递梁柱之间的内力，这样才能保证结构不发生失稳等安全性问题。目前装配式建筑中主要采用的连接方式分为湿连接和干连接。干连接主要有焊接连接、牛腿连接、预埋螺杆螺栓连接、预应力压接。湿连接主要包括灌浆拼接、现浇连接、预应力整浇连接。所谓湿连接就是将预制构件或预制构件与现浇构件根据相应的设计理念以二次浇筑混凝土的连接形式来实现梁-柱、梁-板-柱、柱-柱、板-墙之间的连接，而干连接则是在预制构件中预埋连接构件，然后通过灌浆套筒、螺栓连接或焊接的方式来实现预制构件之间的连接[2]。

湿式连接是目前装配式结构中采用较多的连接方式。传统现浇式建筑与装配式建筑连接缝区别如下。现浇梁柱中节点在柱底、柱顶存在两处新旧混凝土结合面；装配式梁柱中节点在存在4处新旧混凝土结合面(图2，3)。

图2 新旧混凝土结合面(一)

图3 新旧混凝土结合面(二)

1 试验方案

1.1 试件设计与制作

本课题拟根据湿式连接方式的不同，设计并浇筑两组装配式建筑构件混凝土简支梁和用于实验对比的现浇混凝土简支梁。两组装配式建筑构件简支梁交由预制厂浇筑，并根据湿式节点连接不同方式连接成一个整体，而在现场浇筑的两组混凝土简支梁主要验证其所能承受的承载力及扰度和裂缝。

1.2 材料性能与试验加载方法

本次试验在装配式混凝土结构构件的设计过程中，湿式节点连接中灌浆套筒连接方式是本次装配式建筑结构构件节点连接的关键设计部位，而构件连接部分能否充分发挥其作用对于整体稳定性有着举足轻重的作用。所以在构件设计过程中着重考虑了套筒的刚度以及在构件连接部位强度这两个问题，设计过程同时也要兼顾构件节点连接部位能否连接牢固，从而满足结构整体承载力的传递及保证结构的安全性。

本次试验采用三种加载方式对节点进行实验加载。

(1)静力载荷是在简支梁上施加一个集中荷载，意在检验套筒连接处的强度及刚度能否达到要求。

(2)极限载荷是考虑简支梁在施加一个集中荷载后，该简支梁所能承受的最大承载力。理论上在简支梁达到极限荷载后应表现为：结构构件受压区混凝土破碎，构件钢筋断裂，构件表面有裂缝产生，从何导致结构整体稳定性被破坏。本次实验前期采用力值控制，当构件达到承载力后采用位移控制，至最后构件完全破坏。

(3)低周周期性加载即采用同一荷载对结构进行低周循环加载。考虑到在地震区装配式结构建筑受地震横纵波的影响较大，所以先采用此方法进行模拟地震破坏，从而不断改进设计方法，提高装配式建筑结构的整体稳定性。

2 试验结果分析

通过装配式构件简支梁构件节点和现浇式节点三种加载方式的对比，发现现浇混凝土梁和装配式混凝土梁连接节点部位的破坏形态具有明显的不同。在极限加载试验中，不管是装配式简支梁还是混凝土简支梁第一条裂缝都在梁端位移加载处(即梁端10mm)，但现浇简支梁的核心区域混凝土最初裂缝出现比装配式简支梁的相对较早，传统现浇混凝土梁破坏的主要部位在梁柱构件的连接处。而预制梁的混凝土破坏区域恰好在预埋型钢构件区域，梁表面出现斜拉裂缝，容易造成梁端剪切破坏。在三种实验下两种节点结果情况表明装配式简支梁与传统简支梁的应力应变破坏趋势相近，而装配式简支梁构件节点有套筒连接故其强度更高。通过低周反复实验可知装配式简支梁因加了套筒灌浆连接其抗震性明显提高与整体浇筑的建筑抗震性几乎一致。

3 结 论

近些年因为自然灾害较多，尤其是地震灾害给人类带来的不仅是生命财产损失，甚至对国家社会安定都产生了不利的影响。故在地震区装配式建筑的使用必须有可靠的节点连接方式，否则发生地震时装配式建筑节点将最先断裂进而导致结构失稳。在2008年四川汶川大地震中，大量的现浇建筑倒塌，现浇楼板像“棺材板”一样夺去了无数人的生命，使国家遭受到了巨大的财产损失[3-4]。其实不管是装配式建筑结构还是现浇整体式建筑结构关键要解决的问题还是节点连接方式的选择，节点连接方式的刚性及强度问题是装配式建筑结构能否快速发展的主要问题也是必须解决的问题。故在装配式建筑结构设计过程，大多数会选择增强梁柱等节点的连接节点的强度从而保证装配式建筑结构的整体稳定性。

现在国内乃至国际上目前对装配式建筑结构的研究，尤其是在国内目前的研究主要出现的问题在于以下几点。

第一，相当一部分还是依托现浇，即采用干湿结合的节点链接方式，在现场采用人工焊接，无法提高效率。

第二，有些设计过于追求差异性导致梁柱连接节点设计过于繁杂且连接时采用过多的配件，导致后期拆除时需要花费较多的时间，不利于提高工作效率。

综上，装配式建筑结构形式的推广还要依托构件节点连接方式的不断创新。