在預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)體系中,預(yù)制構(gòu)件間的連接節(jié)點(diǎn),特別是預(yù)制梁柱連接節(jié)點(diǎn),對(duì)結(jié)構(gòu)性能如承載能力、結(jié)構(gòu)剛度、抗震性能等往往起到?jīng)Q定性的作用,同時(shí)深遠(yuǎn)影響著預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)的施工可行性和建造方式。
關(guān)于預(yù)制梁柱連接節(jié)點(diǎn)主要形式從不同的角度出發(fā)形成了不同的分類方法
普通分類
比較普遍的分類方法是根據(jù)其施工工藝來分,可以分為濕連接和干連接。
抗震性能和抗震設(shè)計(jì)角度
預(yù)制梁柱連接節(jié)點(diǎn)主要形式的抗震性能是關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)在地震表現(xiàn)的關(guān)鍵,故從抗震性能和抗震設(shè)計(jì)策略角度主要分為兩類:一種是等同現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能的預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu),簡稱等同現(xiàn)澆類;另一種是擁有自身獨(dú)特抗震性能和規(guī)律的預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu),簡稱自身特性類。
受力性能角度
從預(yù)制構(gòu)件連接的受力性能來分,又可分為抗彎連接和簡單連接,抗彎連接受力時(shí)能夠承受彎矩,簡單連接僅能承受剪力和軸力,在結(jié)構(gòu)分析和計(jì)算時(shí)被當(dāng)成鉸接考慮
連接變形的特點(diǎn)角度
從連接變形的特點(diǎn)來區(qū)分,預(yù)制構(gòu)件連接可分為剛性連接、半剛性連接和鉸接連接。
內(nèi)力傳遞的角度
預(yù)制構(gòu)件之間的連接實(shí)質(zhì)上要解決離散的預(yù)制構(gòu)件之間的內(nèi)力傳遞問題,故從內(nèi)力傳遞的角度可將其分為:將預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)的連接分為直接傳力連接、間接傳力連接和混合傳力連接三種形式。
梁柱
預(yù)制構(gòu)件之間的連接實(shí)質(zhì)上要解決離散的預(yù)制構(gòu)件之間的內(nèi)力傳遞問題,故從內(nèi)力傳遞的角度可以更好地認(rèn)識(shí)預(yù)制梁柱連接節(jié)點(diǎn)的特點(diǎn)。鋼筋混凝土是由混凝土和鋼筋按照一定原則結(jié)合成一體的組合材料,它們能夠共同受力的本質(zhì)原因是二者之間具有較好的粘結(jié)作用,從而變形協(xié)調(diào),通過平截面假定來分析構(gòu)件的應(yīng)力分布。預(yù)制構(gòu)件之間的連接由于構(gòu)造形式的不同,使得內(nèi)力傳遞方式多種多樣??紤]普通鋼筋混凝土的傳力特點(diǎn),從傳力方式的角度出發(fā),本文將預(yù)制梁柱的連接分為直接傳力連接、間接傳力連接和混合傳力連接三種形式。
一、直接傳力連接
1.預(yù)制梁底筋錨固連接
預(yù)制梁底外伸的縱向鋼筋直接伸入節(jié)點(diǎn)核心區(qū)位置進(jìn)行錨固,如圖所示。預(yù)制樓板放置在預(yù)制梁上,在梁和樓板的上表面、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)布置鋼筋,再澆筑并振搗混凝土,使所有預(yù)制構(gòu)件連接成為整體。這種節(jié)點(diǎn)必須有效保證下部縱筋的錨固性能,一般做法是將錨固鋼筋端部彎折形成彎鉤或者在鋼筋端部增設(shè)錨固端頭來保證錨固質(zhì)量和減少錨固長度。國外也有在預(yù)制梁端增設(shè)環(huán)扣狀的鋼絞線的做法,其通過環(huán)扣狀的鋼絞線伸入節(jié)點(diǎn)核心區(qū)進(jìn)行錨固,如圖所示。
2. 附加鋼筋搭接連接
采用該連接的預(yù)制梁下部縱筋往往不伸入節(jié)點(diǎn)核心區(qū),而是通過伸入或者跨過節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的附加鋼筋與梁端伸出的鋼筋進(jìn)行搭接,再后澆混凝土形成整體結(jié)構(gòu)。該連接形式最常見的做法是預(yù)制梁端部預(yù)留一小段U形薄壁鍵槽,梁底縱筋在鍵槽端部截?cái)啵郊愉摻钬灤┕?jié)點(diǎn)核心區(qū),并置于鍵槽內(nèi),如圖所示。若梁端不設(shè)置U形薄壁鍵槽,則必須通過現(xiàn)場搭設(shè)梁端部模板并澆筑混凝土來完成附加鋼筋與預(yù)制梁縱筋的搭接,如圖所示。
3. 錨固與搭接混合連接
錨固與搭接混合連接結(jié)合了前兩種連接的特點(diǎn),在梁端設(shè)置U形鍵槽,預(yù)制梁下部底筋伸出梁端,在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)進(jìn)行錨固,同時(shí)增設(shè)附加鋼筋來加強(qiáng)預(yù)制梁與預(yù)制柱的連接。國內(nèi)學(xué)者提出一種鋼絞線錨入和附加普通鋼筋的混合連接,如圖所示。該連接預(yù)制梁采用先張法預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁形式,梁端預(yù)留鍵槽。鋼絞線從鍵槽內(nèi)伸出,端部通過壓花機(jī)形成壓花錨,根據(jù)錨固長度需要,可伸入節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)或者對(duì)面預(yù)制梁的鍵槽內(nèi)錨固。在節(jié)點(diǎn)拼裝時(shí),附加兩端帶擴(kuò)大頭的直鋼筋,通過后澆混凝土實(shí)現(xiàn)梁柱節(jié)點(diǎn)的整體連接。
4. 鋼筋貫通連接
該連接使得不同預(yù)制構(gòu)件上的鋼筋相接成為貫通的整體,在受力狀態(tài)上更加接近于普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。對(duì)于節(jié)點(diǎn)區(qū)現(xiàn)澆的預(yù)制混凝土框架連接,大多采用預(yù)制梁鋼筋在節(jié)點(diǎn)區(qū)焊接或者套筒連接的形式相連,也可采用節(jié)點(diǎn)連接兩側(cè)預(yù)制梁共同預(yù)制成一體的形式,梁鋼筋在節(jié)點(diǎn)區(qū)通長設(shè)置,如圖所示。對(duì)于梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)也預(yù)制的框架連接,往往在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)預(yù)留貫通孔,同時(shí)在一側(cè)梁內(nèi)也預(yù)留孔道,另一側(cè)梁縱向鋼筋超長布置,現(xiàn)場安裝時(shí)穿過柱貫通孔,伸入梁孔道內(nèi),通過注漿形成整體連接,如圖所示,該連接以日本的LRV-H技術(shù)為代表。
5. 有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋壓接連接
該連接方式采用高強(qiáng)度的后張預(yù)應(yīng)力筋將預(yù)制梁和預(yù)制柱構(gòu)件連接在一起。通過灌漿等手段,使得預(yù)應(yīng)力筋與混凝土之間產(chǎn)生粘結(jié),預(yù)應(yīng)力筋成為預(yù)制構(gòu)件配筋的一部分,預(yù)應(yīng)力也成為構(gòu)件和連接的內(nèi)力。在連接截面處只有預(yù)應(yīng)力筋,而沒有任何普通鋼筋。地震作用下,梁柱連接節(jié)點(diǎn)通過連接處裂縫的張開和閉合來耗散能量。隨著變形的增大,預(yù)應(yīng)力筋屈服后也會(huì)產(chǎn)生一定的塑性變形,連接節(jié)點(diǎn)具有一定的耗能能力,但耗能能力相對(duì)較弱,震后殘余變形也相對(duì)較大,該連接形式如圖所示。
6. 有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力壓接與普通鋼筋搭接混合連接
由于純粹的有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋壓接連接耗能能力較差,故在預(yù)制梁上下一定高度內(nèi),增設(shè)普通鋼筋來提高耗能能力,如圖所示。該連接通過有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的作用將預(yù)制梁和預(yù)制柱壓接在一起,由摩擦力來抵抗梁上傳遞至節(jié)點(diǎn)的剪力,在地震作用下也不需要設(shè)置剪力鍵或牛腿。普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力筋都提供受彎承載力,普通鋼筋還要通過其屈服來耗散地震能量。預(yù)應(yīng)力筋穿過在梁和梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)預(yù)留好的孔道,然后進(jìn)行張拉;上下兩側(cè)的普通鋼筋則通過在梁上下預(yù)留的凹槽和節(jié)點(diǎn)內(nèi)預(yù)留的孔道穿入,并現(xiàn)場灌漿。灌漿后,混凝土和預(yù)應(yīng)力筋及普通鋼筋形成相互粘結(jié)的整體,通過平截面假定可以有效分析各個(gè)部位的應(yīng)力情況。為避免普通鋼筋過早屈服,往往在靠近連接截面的一小區(qū)段內(nèi)設(shè)置為無粘結(jié)。
二、間接傳力連接
1. 預(yù)制梁擱置鉸接連接
該連接常采用干連接方式,主要特點(diǎn)在于預(yù)制柱在連接處設(shè)置擱置短平臺(tái),預(yù)制梁直接擱置在短平臺(tái)上,梁鋼筋不伸出梁端,在梁端一般留有銷栓孔,擱置端平臺(tái)上伸出螺栓或者鋼筋,插入銷栓孔內(nèi),起限位固定作用。該平臺(tái)可以采用混凝土牛腿或型鋼承臺(tái)等多種形式,根據(jù)建筑要求的不同,擱置平臺(tái)有明式或暗式等,如圖所示。
2. 預(yù)制梁擱置抗彎連接
由于預(yù)制梁擱置鉸接連接不能傳遞彎矩,多用于工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)。將預(yù)制梁截面上下部分通過不同的形式與柱形成良好的連接,使得預(yù)制梁端能夠傳遞彎矩,即成為預(yù)制梁擱置抗彎連接。常采用焊接連接,即預(yù)制梁端和預(yù)制柱對(duì)應(yīng)處預(yù)埋鋼連接件,預(yù)制梁擱置后,進(jìn)行鋼連接件焊接,形成能夠傳遞彎矩的擱置連接,如圖所示。預(yù)制梁截面上部也可以通過鋼板和螺栓組合件與預(yù)制柱的連接,螺栓將鋼板壓緊,鋼板之間通過摩擦力來耗能,這種連接即為摩擦滑移連接。另一種方式則通過特制的連接件連接預(yù)制梁內(nèi)縱筋,再緊固螺栓形成抗彎連接如圖所示。
3. 預(yù)埋鋼構(gòu)件連接
該類連接方式不同于一般預(yù)埋小型鋼部件的預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu),其預(yù)埋的鋼構(gòu)件連接不依賴于預(yù)制混凝土,可獨(dú)立傳遞內(nèi)力。預(yù)制混凝土內(nèi)的鋼筋與鋼構(gòu)件有效焊接,混凝土與鋼構(gòu)件有效粘結(jié)形成完整的預(yù)制構(gòu)件,鋼構(gòu)件往往采用螺栓連接的方式進(jìn)行連接,現(xiàn)場安裝后,再現(xiàn)饒混凝土將鋼構(gòu)件完全錨入混凝土,如圖所示。國內(nèi)也有學(xué)者提出梁柱連接部位完全依靠鋼構(gòu)件進(jìn)行連接預(yù)制混凝土在非梁柱連接區(qū)域與鋼結(jié)構(gòu)有效連接,在連接區(qū)域,該結(jié)構(gòu)類似于鋼結(jié)構(gòu),如圖所示。
4.梁局部預(yù)應(yīng)力壓接連接
該連接的預(yù)制混凝土梁端部制作成擴(kuò)大端的形式,預(yù)留預(yù)應(yīng)力孔道。在現(xiàn)場安裝時(shí),在梁柱接縫之間涂抹一層砂漿墊層,預(yù)應(yīng)力筋穿過梁柱上的孔道,施加預(yù)應(yīng)力后,預(yù)制梁和預(yù)制柱通過預(yù)應(yīng)力壓接在一起,如圖所示。梁端部擴(kuò)大端受力較為復(fù)雜,需要嚴(yán)格計(jì)算配筋。國外有學(xué)者提出仿照鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn),預(yù)制混凝土梁端部預(yù)制成類似工字梁焊接鋼板的形式,通過預(yù)應(yīng)力螺栓來實(shí)現(xiàn)與預(yù)制柱的連接,如圖所示。
5.無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋壓接連接
該連接方式同有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋壓接連接的構(gòu)造方式類似,如圖所示。但預(yù)應(yīng)力筋與預(yù)制混.凝土之間沒有粘結(jié),能夠延緩預(yù)應(yīng)力筋的屈服,使其在罕遇地震作用下仍能保持為彈性,連接結(jié)點(diǎn)震后殘余變形很小,具有較強(qiáng)的恢復(fù)能力。其依靠預(yù)制梁端的錨固端來傳遞預(yù)應(yīng)力,預(yù)應(yīng)力相對(duì)于預(yù)制構(gòu)件來說是外力,梁柱連接通過預(yù)應(yīng)力筋和預(yù)制構(gòu)件共同承受彎矩荷載,屬于間接傳力的范疇。
三、混合傳力連接
直接傳力連接多采用濕連接,現(xiàn)場濕作業(yè)較多,但傳力路徑較短,受力直接,抗震耗能能力較強(qiáng);間接傳力連接多是干連接,現(xiàn)場裝配安裝相對(duì)較為方便,但傳力路徑較長,在地震荷載作用下,易在連接部位處產(chǎn)生破壞?;旌蟼髁B接結(jié)合二者的特點(diǎn),即有間接連接的部位,又有直接連接的部分,主要有以下幾種連接方式。
1.擱置疊合現(xiàn)澆連接
該連接不同于一般的擱置抗彎連接,其預(yù)制梁往往做成預(yù)制疊合梁的形式,預(yù)制柱在兩層連接位置也預(yù)留現(xiàn)澆區(qū)。在現(xiàn)場安裝時(shí),預(yù)制梁先擱置于柱邊的牛腿或擱置平臺(tái)上,擱置重疊部分采用焊接等形式連接為整體,梁上疊合部位放置鋼筋,伸入預(yù)制柱現(xiàn)澆區(qū),再現(xiàn)澆混凝土完成整個(gè)結(jié)構(gòu)[51】,如圖1-18所示。
2.無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力壓接與普通鋼筋受力混合連接
在無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力壓接的基礎(chǔ)上,對(duì)預(yù)制梁截面上下部分普通鋼筋貫穿預(yù)制柱,錨固于預(yù)制柱預(yù)留的孔道內(nèi),如圖所示,普通鋼筋也可以是搭接鋼筋。該連接無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力壓接是間接傳力,梁截面上下部分的普通鋼筋則屬于直接傳力,無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋能夠提供較強(qiáng)的恢復(fù)力,使得該連接在地震作用下殘余變形較小,同時(shí)普通鋼筋又增強(qiáng)了耗能能力。
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