装配式预制混凝土框架结构抗震性能研究综述摘要介绍了预制混凝土框架结构抗震研究的最新进展,包括预制混凝土框架预应力拼接节点、后浇整体式节点、全装配式节点的抗震研究和装配式混凝土框架结构抗震研究情况。
总结了装配式混凝土框架结构各类节点的抗震性能,指出了全装配式节点和预制结构整体抗震性能是今后需要进一步研究的内容。
关键词预制混凝土,框架结构,连接节点,抗震性能Summary of Investigation on Seism ic Behavior ofPrecast Concrete Frame StructuresAbstract The progress of investigations on seismic behavior of precast concrete frame structures including the investigations on emulation monolithic connections, joint precast connections and the global precast frame structures is introduced. A summary of seismic behavior of different connections is presented and it is suggested that the seismic behavior of jointed precast connections and global precast structures should be paid more attention in the future reseach.Keywords precast concrete, frame structure, connection joint, seismic behavior0.引言装配式钢筋混凝土结构是我国建筑结构发展的重要方向之一，它有利于我国建筑工业化的发展，提高生产效率节约能源，发展绿色环保建筑，并且有利于提高和保证建筑工程质量。
与现浇施工工法相比，装配式RC结构有利于绿色施工，因为装配式施工更能符合绿色施工的节地、节能、节材、节水和环境保护等要求，降低对环境的负面影响，包括降低噪音、防止扬尘、减少环境污染、清洁运输、减少场地干扰、节约水、电、材料等资源和能源，遵循可持续发展的原则。
而且，装配式结构可以连续地按顺序完成工程的多个或全部工序，从而减少进场的工程机械种类和数量，消除工序衔接的停闲时间，实现立体交叉作业，减少施工人员，从而提高工效、降低物料消耗、减少环境污染，为绿色施工提供保障。
另外，装配式结构在较大程度上减少建筑垃圾(约占城市垃圾总量的30%―40%)，如废钢筋、废铁丝、废竹木材、废弃混凝土等。
国内外学者对装配式RC结构做了大量的研究工作，并开发了多种装配式结构形式，如无粘结预应力装配式框架、混合连接装配式混凝土框架、预制结构钢纤维高强混凝土框架、装配整体式钢骨混凝土框架等。
但目前,由于我国对预制混凝土结构抗震性能认识不足，导致预制混凝土结构的研究和工程应用与国外先进水平相比还有明显差距,预制混凝土结构在地震区的应用受到限制，因此我国迫切需要展开对预制混凝土结构抗震性能的系统研究。
1. 装配式混凝土框架结构节点抗震性能研究按照美国NEHRP(National Earthquake Haz-ardsReduction Program)2000规范[1],预制混凝土框架连接可以分为等效现浇连接和装配式连接,等效现浇连接要求达到或超过现浇混凝土连接的抗震性能,装配式连接和现浇混凝土连接力学性能不同,NEHRP 另行给出抗震规定。
常用的等效现浇节点有后浇整体式和预应力拼接式,常用的装配式节点有焊接节点和螺栓连接节点。
1.1等效现浇节点1.12无黏结预应力筋拼接节点加利福尼亚大学Priestley 对部分黏结预应力拼接节点进行了理论研究[2],他指出由于预应力筋在节点内和节点两边一定范围内不与混凝土发生黏结,因此在节点产生较大变形时预应力筋仍可保持弹性。
这种节点在大变形后强度和刚度的衰减及残余变形都较小,节点复原能力强;由于预应力的夹持约束作用,对节点区抗剪有利,可以减少节点区箍筋用量。
Priestley 进行了8个无黏结预应力梁柱节点的低周反复加载试验。
试验表明:节点最大层间变形可达2.8%~4%,残余变形约为最大层间变形的2.2%;大变形时,由于梁柱界面处混凝土的塑性发展使节点刚度有所下降,但节点只有轻微损坏。
与现浇混凝土节点相比,预制混凝土无黏结预应力拼接节点耗能较小,损伤、强度损失和残余变形也较小。
1.2黏结预应力筋拼接节点2004年合肥工业大学柳柄康等进行了两榀预压装配式预应力混凝土框架梁柱组合体的低周反复加载试验[3]，试件尺寸和配筋如图1。
试验表明：由于牛腿的存在，反向加载时存在掀起效应，正截面受弯承载力应予以折减，梁端剪力摩擦作用能够抵抗梁端剪力；预应力的作用使得试件有很强的变形恢复能力，有利于震后修复。
2005年北京工业大学进行了6个混合连接装配混凝土框架内节点试件在低周反复荷载下的加载试验[4]，试件尺寸及配筋图如图2。
试验表明：混合连接装配混凝土框架节点的耗能力与整体现浇混凝土节点相当，而其延性和变形恢复能力则优于整体现浇混凝土节点，其综合抗震性能优于整体现浇混凝土节点。
图1 试件尺寸及配筋1.3 后浇整体式节点1998年,V asconez 进行了13个预制混凝土节点的反复加载试验[5],这些节点包括9个钢纤维混凝土节点、1个聚乙烯醇纤维混凝土节点和3个普通混凝土节点。
试验结果表明:钢纤维比聚乙烯醇纤维对改善节点性能更为有效;采用后浇钢纤维混凝土可以提高钢筋与混凝土的黏结强度,有助于提高节点延性、推迟破坏发生,同时还可以提高节点抗剪强度;与普通后浇节点相比,钢纤维混凝土节点的强度、耗能和变形能力分别增加约30%,35%,65%;使用3%体积含量的钢纤维混凝土可以使节点区箍筋用量减少50%,并获得更好的抗震性能。
2004年，同济大学赵斌等对高强混凝土后浇整体式梁柱组合件和高强钢纤维混凝土后浇整体式梁柱组合件在低周反复荷载作用下进行试验研究[6]，试验表明：预制高强混凝土结构后浇整体式梁柱组合件与现浇高强混凝土结构梁柱组合件具有相同的抗震能力，采用高强钢纤维混凝土浇筑预制混凝土结构后浇节点，可以减小节点区域箍筋用量，改善节点承载性能。
2. 装配式连接节点2.1 螺栓连接节点2004年，同济大学赵斌等采用足尺模型对比试验方法对现浇高强混凝土梁柱组合件、预制混凝土结构高强混凝土后浇整体式梁柱组合件和高强预制混凝土结构全装配式梁柱组合件在低周反复荷载作用下的试验研究[7]，全装配式节点示意图如图3及4个试件的滞回曲线如图4。
试验表明：全装配式半刚性节点预制混凝土梁柱组合件由于其短梁接头的加强作用,其承载力随加载位移的增加持续增大,相同的极限加载位移,其极限承载力大于现浇高强混凝土梁柱组合件和预制混凝土结构后浇整体式梁柱组合件，但由其滞回曲线可以看出它的耗能指标总体小于现浇高强混凝土梁柱组合件和预制混凝土结构后浇整体式梁柱组合件,建议采取必要措施,增加全装配式半刚性节点的耗能能力。
图2 试件尺寸及配筋3. 装配式框架结构的整体性能研究2005年，合肥工业大学柳柄康等对两榀两跨预压装配式预应力混凝土框架进行低周反复荷载作用下的试验研究[8]，框架尺寸和配筋见图5。
试验表明：仅依赖预应力筋抗弯的梁端截面,滞回曲线较为丰满,具有良好的耗能能力;曲率延性系数达4时,截面承载力无明显降低,可满足弯矩调幅要求;卸载后残余变形较小,截面屈服后仍具有变形恢复能力;对称和反对称两种加载方式对跨中和梁端受力性能和延性无明显影响,仅对中柱节点核心区受力状态产生较大影响。
图4 试件P-△滞回曲线图3 全装配式节点示意图2009年，北京工业大学韩建强等对一榀预应力装配式框架KJ2进行水平低周反复荷载作用下的试验[9]，为了保证KJ2梁端混凝土约束较好，对其框架梁端2倍梁高范围进行碳纤维布加固，并在梁的两端均增设直径为4mm 的螺旋箍筋约束端部混凝土，提高装配框架梁两端混凝土的局部抗压强度，制作完后的框架如图6所示。
试验表明：与现浇混凝土框架相比，预应力装配式框架的耗能能力要稍低于现浇框架，而其延性和变形恢复能力则优于现浇混凝土框架。
2005年，同济大学吕西林等对一个单层、单跨、三榀、采用橡胶垫螺栓连接梁柱节点的装配式预制混凝土框架结构1/2缩尺模型进行拟动力试验[10]，梁柱、梁板节点详图如图7。
试验表明：此类装配式预制混凝土框架结构具有较好的抗震性能;采用橡胶垫螺栓连接的梁柱节点在试验中工作状态良好,而采用焊接连接的板梁节点在试验中破坏严重;屋面板与梁的焊接节点是此类结构的抗震薄弱环节。
图6 试件尺寸及配筋图5 框架尺寸及配筋4. 结语(1)预制混凝土框架结构节点可以分为等效现浇节点和装配式节点,等效现浇节点要求抗震性能达到或超过现浇节点,采用等效现浇节点的结构可以按照现浇混凝土结构抗震要求设计,装配式节点抗震性能不同于现浇节点,采用装配式节点结构抗震要求需专门研究规定。
(2)常用的等效现浇节点有后浇整体节点和预应力拼接节点,对这类节点的研究较为成熟,后浇整体节点具有与现浇节点相同的力学性能和抗震能力;预应力拼接节点的特点是刚度、强度衰减小,节点残余变形小,耗能较差。
(3)常用的装配节点有焊接连接节点和螺栓连接节点,装配节点力学性能受具体构造影响很大,过去进行的研究也较少,一般说,焊接节点整体性好,强度、耗能、延性等方面均可达到现浇节点水平;螺栓连接节点刚度弱,变形能力大,整体性较差。
(4)装配式节点的力学特性对结构整体抗震性能有较大影响,这方面的研究目前还较少,今后应加强各类装配节点力学性能的试验研究和柔性节点对结构整体抗震性能影响的研究。
参考文献：[1] BSSC. NEHPR (National Earthquake Hazards Reduction Program) Recommended Provisions for the Development of Seismic Regulations for New Buildings and Other Structures [S]. Building Seismic Safety Council Washington, DC,2000.[2] Priestley, M J Nige.l The PRESSS Program-Current Status and Proposed Plans for Phase Ⅲ[ J]. PCI Journa,l1996(2):22-40.[3] 柳炳康,张瑜中,晋哲锋,等.预压装配式预应力混凝土框架接合部抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2005,26(2):60-65.[4] 李振宝，董挺峰．混合连接装配式框架内节点抗震性能研究[J]．北京工业大学学报，2006，32(10):895-900．[5] Vasconez, RosaM, Antoine ENaaman, eta.l Behavior of HPFRC Connections for Precast Concrete Frames Under Reversed Cyclic Loading [ J]. PCI Journal1998(6):58-71.[6] 赵斌,吕西林,刘海峰.预制高强混凝土结构后浇整体式梁柱组合件抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2004, 25 ( 6 ): 22-28.[7] 赵斌,吕西林,刘丽珍.全装配式预制混凝土结构梁柱组合件抗震性能试验研究[ J].地震工程与工程振动,2005,25(1): 图7 梁柱、板梁节点81-87.[8] 柳炳康,田井锋,张瑜中,徐远征,昌献峰.低周反复荷载下预压装配式PC框架延性性能和耗能能力[ J].建筑结构学报,2007, 28 ( 3 ): 74-81.[9] 韩建强，李振宝，宋佳，刘春阳. 预应力装配式框架结构抗震性能试验研究和有限元分析[ J].建筑结构学报增刊,2009.[10] 范力，吕西林，赵斌. 预制混凝土框架结构抗震性能研究综述[ J].结构工程师，2007，23（4）:90-97.环氧树脂水泥浆接缝。