预制装配式混凝土结构的抗震性能研究

李红亮 高贵军

1. 山东鲁碧绿色建筑科技有限公司 山东 济南 271100；2. 山东鲁碧建材有限公司 山东 济南 271100

1 混凝土装配式建筑技术特点

1.1 具备节能环保特性

在开展各项建设过程中，会消耗大量的施工资源。如应用水泥材料和钢材过程中，由于技术不成熟，我国在实际材料消耗过程中与西方国家相比高出近20%，换作应用比例可以发现，每搅拌1m3的混凝土，将多消耗80kg的水泥；而应用混凝土装配式建筑住宅，能以更加优质化的创新技术体系，降低建筑能源的消耗量。依照具体的调查分析可以发现，在混凝土装配式建筑实际应用过程中，与同等规模的传统结构的建筑进行综合比较，其能够使得大钢模的实际用量降低20%以上，木材的用量降低40%以上，钢架料的实际用量则可以降低10%以上[1]。

1.2 施工周期相对较短

混凝土装配式住宅技术的应用，能使建筑在现场与装配件的工厂车间同步进行，在装配间内以流水线的方式对各类预构件进行制作，并通过各类运输方式运抵现场进行拼装，在保证现场施工质量的前提下，缩短建筑物的实际工期。在实际应用过程中，能在一定程度上简化预埋件埋设的工序，同时，降低墙体开凿以及混凝土现浇的技术难度。

2 装配式隔震结构抗震功能研讨的含义

地震是一种损害极大的自然灾祸。建筑物在地震灾祸中简单受损，地震对高层建筑的影响更为严峻。装配式隔震结构中的隔震接头是保证隔震功能的重要因素，对其进行研讨具有重要含义[2]。

2.1 减少经济损失

从唐山和汶川的地震中能够发现，地震将形成很多的建筑损坏，形成非常严峻的经济损失，影响我国的全体开展质量。对抗震结构的研讨能够进步建筑物的抗震才能，从而减少地震对建筑物的影响，减少地震形成的经济损失。

2.2 保证居民的生命及财产安全

一旦发生地震，无法及时疏散高层建筑内的人员，这将使更严峻的地震中造成更多的人员伤亡。对高层抗震结构的研讨能够进步建筑物的抗震才能，降低地震灾祸中的人员伤亡概率。

3 抗震功能试验办法

为了研讨结构在地震效果下的抗震功能和机理的复杂性，不单要用理论剖析来研讨结构在地震效果下的损坏机理，还要经过结构抗震试验来进行结构剖析。研讨结构抗震功能的试验办法主要有拟静力试验法、拟动力试验法和地震模仿振动台试验法。

准静态试验办法是对试件进行必定的荷载操控或位移操控重复加载，使结构构件取得非弹性荷载变形特性的办法。准静态试验办法的特点是加载速度慢，试验进程中试样不产生惯性力，加载速率的影响能够忽略；因为加载程序在试验前已完全确认，因而试验的可控性杰出。常用的准静态办法是低周重复加载试验，这也是研讨结构构件力学和变形功能最常用的办法。拟动力试验法是一种在线试验办法。该办法经过计算机操控和模仿整个地震的加载进程，根据动力响应的要求，连续施加荷载和位移。与拟静力试验相比，拟动力试验最大的优点就是可以真实反映试件在整个加载过程中的恢复特性。地震模拟振动台试验方法可以再现各种方法的地震波，以便分析试验的多波输入。它可以模拟多次地震的初震、主震和余震的全过程，从而研究实验结构的动力特性和抗震性能。受振动台尺寸和承载力的影响，试件尺寸越小，影响越大，模拟结构内部的真实结构就越困难。

4 预制装配式结构类型研讨

4.1 预制剪力墙结构

在预制剪力墙结构中，水平节点传递竖向荷载，竖向荷载受水平剪力的影响。添加竖向配筋能够改进其抗剪功能。竖向节理影响结构在地震荷载效果下的变形才能[3]。

目前广泛采用的是一种新式的预制装配式剪力墙结构，即预制混凝土剪力墙与竖向预留金属波纹管衔接，梁板叠合现浇。经过对预制剪力墙中间层边缝抗震功能的试验研讨和ANSYS有限元剖析，与现浇节点相比，这种衔接办法具有相当大的抗震才能和位移延性，并以为衔接钢筋应为HRB400热轧钢筋，延伸至墙内750mm，延伸至梁内1250mm，以保证接头的承载力。

插入式预留孔灌浆加固搭接接头的锚固才能。研讨表明，损坏办法为外筋到达屈从强度，无反常锚固损坏；内螺旋加劲肋和箍筋能够改进混凝土对锚固区的束缚效果，进步锚固才能。计算装配式钢筋混凝土结构竖向齿槽节点的受剪机理和抗剪承载力，提出竖向节点的抗剪承载力主要由节点混凝土与齿槽和横向钢筋之间形成的斜压杆的应力冲突承担。因而，在满意现行要求的条件下，进步横向钢筋与周围混凝土的黏结才能是进步预制剪力墙结构抗震功能的一个好策略。

4.2 预制结构

预制结构主要包含现浇全体结构系统、后浇全体预制结构系统和预制预应力结构系统。与预制剪力墙结构相比，它具有更灵活的节点办法，适合我国建筑工业化。

对一个后浇全体梁柱组件、一个现浇全体梁柱组件和两个高强预制混凝土梁柱组件进行低周重复加载，并且在柱节点进行预埋螺栓，经过节点支撑、底板以及螺栓实现端板和柱的半刚性衔接。试验成果表明，现浇全体结构和后浇全体结构具有相似的抗震才能，但半刚性节点衔接的抗震功能较差。这是因为，虽然半刚性节点能够承受一定程度上的弯矩、转动。在未来的建设中，在半刚性节点中合理的安装减震器是一个并未解决的问题。

低周重复荷载下的开裂损坏进程与现浇节点相似。该接头的衔接办法为套筒灌浆衔接。现浇节点的刚度比安装节点大，但退化进程更快，说明安装节点具有更好的抗震功能，而现浇节点具有更好的全体功能。梁柱组合板边际节点全体性差的原因是节点处的节点，影响了混凝土剪力键和/或钢剪力键的功能。主张在后浇方位延伸梁底钢筋的锚固长度，以进步结构的全体性。

5 预制装配式结构衔接节点研讨

5.1 节点衔接办法

在实践运用进程中，梁柱节点会受到上、下以及水平等多个方向的力的干扰。高层装配式的隔震结构隔震功能受力承载力的影响很大，因而对其进行研讨十分必要。目前，在国内目前高层装配式隔震结构设计中常常采用两种梁柱节点方案。①在节点设计进程中，需求在混凝土浇筑前预先设置上下柱。②将上下预制柱全体预制成一根预制柱，并在接缝处浇筑混凝土。

5.2 资料机械功能检验

同一种混凝土资料在高层建筑梁柱节点中的运用办法不同，其运用质量也不同。以第二种梁柱节点衔接办法为例，对其在现浇和预制房屋中的承载力进行了判别。根据相关检测要求，主要检测实践运用进程中混凝土的抗压强度、轴压强度和弹性模量。

本试验选用的混凝土资料为强度等级为C60和C30的混凝土。结构柱浇筑采用强度等级C60的混凝土，梁主要采用强度等级C30的混凝土。

在高层装配式隔震结构抗震功能试验进程中，除了对梁柱节点进行混凝土功能试验和剖析外，还需求对钢筋功能进行试验和剖析。钢筋查看选用的钢筋直径分别为10、12、14和16mm。

5.3 试验资料的预备

测验资料的质量在很大程度上对其准确性造成了很多大的影响。为了确保研讨数据的代表性，有必要严厉预备试验资料。应预备两种试验资料：预制梁柱接头和现浇接头。如上所述，为制备试验资料而挑选的混凝土强度等级为C30和C60。预制梁柱节点与现浇梁柱节点规格相同，上主节400mm×400mm，下主节750mm×750mm，梁节325mm×200mm。

5.4 试验加载设计

在地震荷载效果下，节点的抗震才能和康复程度的测验主要是测验梁基础在地震荷载效果下的抗震才能。

加载办法的合理性在必定程度上决定了加载试验成果的准确性。载荷试验常用两种办法；柱端荷载和梁端荷载。本文研讨了两头重复加载的挑选。在实践运用中，该办法运用设备固定柱，并对梁的两头加压。试验前，相关技能人员需求查看和剖析设备的运用情况，以保证试验期间设备的正常运行。

试验开始时，应在节点两头添加5kn笔直荷载，并进行一个循环，以测验设备试验的准确性。试验期间，应向柱端施加2000kN的笔直荷载。在保证试验稳定性后，应在梁的另一端同步施加对称荷载，并运用相同荷载进行分级加载，并记载数据。该办法在理论上能够取得更准确的试验数据，但在实践运用进程中，因为梁截面配筋不对称，很难同时计算节点两侧的屈从荷载，这对试验数据有必定的影响。因而，在检测进程中有必要采取一些办法来判别屈从点，以帮助检测人员取得更准确的检测数据。在试验进程中，试验机能够经过观察载荷-变形曲线，找出曲线中显著的拐点，从而判别其屈从点。查看员能够经过检测受力钢筋的应变来确认屈从点。如果查看员发现操控截面上的大多数受力钢筋已到达屈从应变，则证明其已到达屈从点。

5.5 测验成果

经过对现浇节点和装配式节点的试验，发现当外压添加到35KN时，现浇试件会产生倾斜的细小裂纹，后期裂纹会不规则地开展。当外压力添加到40kN时，即接近接头两头时，底部会呈现笔直裂纹，裂纹会随着强度的添加而扩展。当预制节点施加的压力到达55kn时，梁柱界面底部呈现笔直裂缝。随着应力的添加，裂纹迅速开展。

6 质量控制要点

6.1 施工测量的精度要求

①建筑物测量控制点闭合误差：高程闭合误差＜1mm，距离闭合误差＜2mm，角度闭合误差＜20°。②测量控制线要求：建议在建筑物边缘周围设置一个轴线为1m的定位点，以便于后期轴线放样和各层之间外墙垂直面的精度。当建筑物高度超过50m时，应将建筑物外四根立柱的1m轴线控制点投影到楼层楼板或阳台上50m高度附近，作为新的控制点。③放线精度误差不大于控制点精度的1.5倍。④各部件组装完成后，精度必须控制在10mm以内。⑤楼板中部与两端高差＜5mm，板间接缝宽度偏差＜3mm。

6.2 吊装质量保证措施

①下部结构开工前，应布置上部结构开工所需的中心线限位点，设置的基准点应形成一条闭合线，以便组合和校准。②底板观测孔放样时，在布置好底板中心线的极限点后，用钢锤将底板中心线的绝对标高引至顶层工作面，以正确预留观测孔位置，保证工程质量。③钢尺在使用过程中，应纠正钢尺标识和测温的误差，消除对中、倾斜、张力不均、对中、读数等误差。④各层中心线之间和各层之间的垂直偏差为±2mm。测量值由计算器和审核人员列出并签字。在仪器运行过程中，控制网络应用于测量站和反向定向，以防止因站转移而导致的累积误差。定点测量应防止纵向角度＞45°。使用前检查易移位的极限点。在规定的时间内检查控制点，以防止季节变化造成的误差。在工程运行中，加强对楼层标高、中心线和净空面积的测量、复核和验证。

7 结束语

与现浇混凝土的结构相比，预制混凝土的结构具有工期短、模块化施工、环保等优点，符合我国绿色发展的理念。我国尚未建立一套完整的预制构件规范，施工环境复杂，不利于预制构件建筑的发展。目前，湿连接还存在一些问题，这不是一个真正的预制建筑。预应力干式连接具有特别牢固、稳定的连接方式，所以干式连接节点和结构抗震性是未来发展的重要手段。