装配式预应力混凝土框架结构试验研究与应用

陈燕友

广东理工学院（526100）

当前，我国大多数现有建筑物，尤其是住宅建筑物，主要是由新拌制的混凝土结构制成，然而，新拌制结构的低效率设计和高能耗具有许多局限性，使其逐渐难以适应建筑工业化的发展需求。装配式房屋由于具有建筑效率高，整体质量好，能耗低，环境污染小等优点，正朝着建筑物工业化的发展方向。近年来，随着国家政治的积极推动，以预制构件的生产和装配体的建造为主要生产方式的建筑工业的发展迅速。

1 装配式预应力混凝土框架结构

预制构件的连接技术是装配式建筑发展的中心研究目标，按照连接方法的分类，预制混凝土零件可分为干式连接和湿式连接，湿连接需要在组件中注浆，然后组装连接节点，现场注浆时，施工较为复杂，效率较低。干式连接通常使用预嵌入的连接器来完成，该连接器难以构造且精度要求很高[1]。在先前的地震灾难之后，预制结构在地震中受到了严重破坏，难以获得与现浇结构相同的抗震性能。预应力技术被引入到预制构件中，以提高预制混凝土框架节点的连接的可靠性，并达到或超过现场混凝土结构的抗震性能。预应力连接方法也是一种干连接，在制造过程中固定预应力孔，在施工过程中安装预制部件，并通过张紧预应力筋将部件连接起来，预应力的摩擦片可改善结构的承载能力，同时提供连接效果，此外，预应力摩擦片的弹性恢复力可显着提高结构变形后的恢复力，低残留变形和自复位功能。

2 装配式预应力混凝土框架结构抗震性能的试验研究

2.1 全预应力连接节点的性能试验研究

在连接点测试和勘测过程中，节点混凝土样品在五个混凝土框架结构上进行了测试，试验中的混凝土样品强度为50 MPa。在测试过程中，根据测试台MCJ-1 将整个混凝土浇铸成混凝土接缝。同时，有四个连接是由完全预应力，非粘接预应力和预制混凝土框架组成的，简称为PCJ-1-4，必须在设置过程中设置测试参数，要设置预应力钢筋的偏心率参数，有效地固定混凝土框架梁和柱，并在框架梁的末端设置承重支架的参数等。

完全预应力连接点的设置是指预制混凝土框架结构中框架支架和框架柱的完全预应力连接。在完全预应力连接的连接过程中，预制混凝土梁和柱已经可以通过预应力穿透，预应力钢杆结构，锚固将框架梁和框架柱压在一起，并且框架梁承受的侧向载荷是由框架梁之间的摩擦剪力引起的并将该列直接传输到框架列[2]。表1 中显示了测试对象的详细说明。

表1 试件描述

测试结果如下:首先，对全预应力连续样品的滞回曲线，骨架曲线，变形恢复能力，刚度和位移进行了抗震性能的详细研究，有了这些数据，就可以建立一个完全偏置的连接，即四重线状的故障安全节点模型。其次，测试结果表明，全预应力的预制混凝土框架结构只有能耗较高，全预应力，组装好的混凝土框架结构，具有独特的强度，刚度和延展性，虽然可塑性和其他方面与传统的普通钢筋混凝土结构相同，但全预应力混凝土框架结构的性能更好。

2.2 装配式预应力混凝土框架内节点的试验

此测试中，选择了混合粘接的预制混凝土框架中的六个节点进行试验测试，并在重复载荷下进行了测试，通常情况下，混凝土样品的强度为50 MPa，毫米钢绞线必须放置在截面的中间。表2 中是测试中使用的测试片说明。

测试结果如下:首先，从滞回曲线，骨架曲线图以及自身的变形恢复能力，刚度，位移应变，能量耗散能力等方面对提出的混合连接样本的抗震性能进行更系统的调查和分析。在此基础上，可以建立混合连接节点的折线图恢复力模型。其次，从上述试验研究可以看出，混合框架和装配混凝土框架结构在能耗和强度上与普通钢筋混凝土结构框架基本相同，当混凝土结构受到严重破坏时，其自身的刚度，延展性，变形恢复能力等方面要比普通钢筋混凝土框架结构高得多。

2.3 主要结论

四个节点试件的纵向钢筋的最大伸长率远小于实际测量的屈服强度，这与试样的设计要求相对应，两种预制的预应力框架连接和现场测试的样本的最终破坏模式是弯曲并形成梁的受损梁端可以充分开发铰链和梁末端塑料铰链的能量耗散机制。如果试件最终失效，在核心部区域会出现少量细裂纹和结的阻力，混凝土和箍筋仍具有剪切能力。

装配式预应力中节点耗能能力略小于其现浇对比试件的能量消散能力，装配式预应力边连结点的耗能能力略高于现浇对比试件，装配式预应力框架节点的耗能能力基本上对应于现浇对比试件。预应力使节点区域和梁的混凝土处于双向应力状态，从而有效地提高了节点核心区域的抗力及梁的抗裂和抗剪强度。

表2 试件的一般性描述

3 装配式预应力混凝土框架结构的非线性理论的有效分析

在分析混合连接结构的非线性时，混凝土结构临界区中全预应力连接钢筋的抗拉强度与结构裂缝之间的关系应基于完全预应力混凝土连接结构的非线性分析。从理论上研究，有必要分析混凝土结构连杆未粘接区域中的预应力传递长度及混凝土结构和连杆横截面的具体计算方法，基于这样的情况，相关研究人员可以结合理论基础来创建一种用于对预应力连接结构进行非线性分析的计算方法，特定测试值与研究的理论值之间的一致性更好。

4 装配式预应力混凝土框架结构节点的抗震性能研究分析

为了有效地分析无黏接预应力装配式结构节点的抗震性能分析，必须对无接结的直接组合混凝土结构和混合组合混凝土结构节点进行载荷试验，首先，对4 个直接组合的预应力节点进行了试验分析，即PCB1-PCB4 和3 种不同的混合节点，混合装预应力预制混凝土结构节点HCB1-3 也包含一个现成的混凝土结构，MCB 节点是在试验中使用现成混凝土节点的主要目的是进行比较研究。

无粘接预应力装配节点的破坏条件不同于现场混凝土试样的破坏条件，这通过对试样的破坏程度来表明，前者主要集中在地板和混凝土梁的边缘，混凝土梁的末端有裂缝，在正常情况下，试样损坏的程度主要以混凝土达到临界压力时的膨胀力为特征，螺旋钢筋可用于有效地将混凝土固定在混凝土梁的末端。因此，受测物体的损坏位置受到限制，并且外层在梁的末端受到混凝土的保护。

此外，应对未粘接的预应力混凝土组件连接样本的相关抗震性能，滞回曲线的变化，连接间隙等进行详细分析，从这些可以得出以下结论:①当直接组装节点的初始应力降低时，裂纹载荷，屈服强度和最大载荷相应降低，但试样的延展性提高，如果将预应力钢筋偏心布置，则样品的承载能力将会提高。②在混合装配节点下，使用混合配置后，与普通钢筋相比，试样的能量消耗能力和负载能力得到了改善，此外，钢棒的横截面面积和强度直接影响样品的承载能力和能耗。

5 结语

通过对预应力预制框架结构的抗震性能进行了研究和分析，并对预应力预制框架结构进行了定性和定量分析，可以得出以下结论:①装配式预应力混凝土框架连接处最重要的抗震性能指标及其现场比较样本基本相等，均可以满足“强节点弱构件”的设计要求。②通过合理地改善预制梁-柱连接的连接形式及预制的主梁和次梁的连接形式，使组装凝结变得容易，地板框架和框架剪力墙结构的预制构造更简单，更高效，为这种建筑物的预制结构和建筑，积累了丰富的经验。③这种装配式的预应力框架结构在预制的框架-剪力墙结构的示范项目中使用，被使用并表现出良好的设计性能，并且可以在抗震地区推广和使用[3]。