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近年来,随着国家密集颁布关于推广装配式建筑的政策文件,装配式结构在我国的推广应用迎来了高峰。装配式混凝土框架结构预制率高,生产、施工效率高,是适合建筑产业化发展的重要结构形式。当前国内主要采用现浇混凝土加强预制构件之间的连接,大量现场湿作业带来质量参差不齐、施工效率低下等共性技术问题。
本文依托国家十三五重点研发计划“装配式混凝土工业化建筑高效施工关键技术与示范”(2016YFC0701703),为了进一步提高装配式混凝土框架结构的装配效率,提出了一种新型干湿混合式局部后张预应力装配式混凝土框架梁柱节点,可广泛应用于抗震地区的多层、高层建筑中。本文采用文献调研、理论分析、试验研究、数值模拟、工程示范等多元化的综合研究方法,对新型节点的抗震性能和影响因素,新型节点框架结构的设计方法和施工工艺等进行了深入研究,论文的主要工作及成果如下:
1、对国内外现有装配式混凝土框架梁柱节点连接形式的进行了系统梳理和总结,提出了新型干湿混合式局部后张预应力装配式混凝土框架梁柱节点的构造和概念设计,既实现了预制结构逐跨和上下楼层立体交叉装配施工,又提高了结构的整体性。
2、制作了4个预制和1个现浇对比试件,开展低周反复荷载下的足尺模型试验,对新型节点的抗震性能及可能影响节点性能的相关构造包括预应力筋的类型、粘结方式、灌浆料类型进行研究。结果表明:新型节点为梁端塑性铰破坏,满足强柱弱梁的设计原则;试验强度与理论值相符,具有较好的安全储备;极限变形能力强,延性与现浇构件相当;因钢筋滑移的影响耗能较弱。
3、优化了节点构造,又开展了 4 个足尺新型节点预制试件的低周反复荷载试验,进一步研究新型节点的抗震性能及相关影响因素包括灌浆料类型、叠合层钢筋的连接方式、预应力张拉力大小和梁端塑性铰区箍筋类型等。结果表明,采用高强钢筋试件的各项性能指标与现浇试件类似;新型节点的最优构造方案为高强钢筋、局部无粘结、波纹管灌浆和梁端开口箍筋的构造组合。
4、系统回顾和总结了目前梁柱节点构件非线性分析模拟的方法。基于 OpenSEES 软件,给出了新型节点试件的纤维模型模拟方法,并通过与试验结果对比验证了模型的正确性。针对预应力筋类型、张拉力大小及其粘结方式等因素进行了参数化分析。
5、新型节点框架结构的设计理念为同等现浇,其设计过程总体上可按照现行设计、施工相关规范进行。给出了新型节点预制框架结构的设计流程,并在前文试验和理论分析的基础上,对设计相关问题进行系统总结和进一步探讨,包括梁柱构件的设计,节点核心区的抗剪设计,梁柱结合处牛腿和缺口梁设计及相关构造要求等,给出了计算方法或设计建议。
6、新型节点构造新颖,其关键施工工艺尚无成熟经验可借鉴。提出了弧形钢筋加工、管道定位、预应力张拉和接缝处管道连接等关键施工方法。在工艺试验研究、试点工程应用的基础上,对新型节点构件制作、安装阶段的关键施工工艺和控制标准进行系统总结。同时也表明,关键施工工艺和控制标准能满足实际工程应用要求。
本文依托国家十三五重点研发计划“装配式混凝土工业化建筑高效施工关键技术与示范”(2016YFC0701703),为了进一步提高装配式混凝土框架结构的装配效率,提出了一种新型干湿混合式局部后张预应力装配式混凝土框架梁柱节点,可广泛应用于抗震地区的多层、高层建筑中。本文采用文献调研、理论分析、试验研究、数值模拟、工程示范等多元化的综合研究方法,对新型节点的抗震性能和影响因素,新型节点框架结构的设计方法和施工工艺等进行了深入研究,论文的主要工作及成果如下:
1、对国内外现有装配式混凝土框架梁柱节点连接形式的进行了系统梳理和总结,提出了新型干湿混合式局部后张预应力装配式混凝土框架梁柱节点的构造和概念设计,既实现了预制结构逐跨和上下楼层立体交叉装配施工,又提高了结构的整体性。
2、制作了4个预制和1个现浇对比试件,开展低周反复荷载下的足尺模型试验,对新型节点的抗震性能及可能影响节点性能的相关构造包括预应力筋的类型、粘结方式、灌浆料类型进行研究。结果表明:新型节点为梁端塑性铰破坏,满足强柱弱梁的设计原则;试验强度与理论值相符,具有较好的安全储备;极限变形能力强,延性与现浇构件相当;因钢筋滑移的影响耗能较弱。
3、优化了节点构造,又开展了 4 个足尺新型节点预制试件的低周反复荷载试验,进一步研究新型节点的抗震性能及相关影响因素包括灌浆料类型、叠合层钢筋的连接方式、预应力张拉力大小和梁端塑性铰区箍筋类型等。结果表明,采用高强钢筋试件的各项性能指标与现浇试件类似;新型节点的最优构造方案为高强钢筋、局部无粘结、波纹管灌浆和梁端开口箍筋的构造组合。
4、系统回顾和总结了目前梁柱节点构件非线性分析模拟的方法。基于 OpenSEES 软件,给出了新型节点试件的纤维模型模拟方法,并通过与试验结果对比验证了模型的正确性。针对预应力筋类型、张拉力大小及其粘结方式等因素进行了参数化分析。
5、新型节点框架结构的设计理念为同等现浇,其设计过程总体上可按照现行设计、施工相关规范进行。给出了新型节点预制框架结构的设计流程,并在前文试验和理论分析的基础上,对设计相关问题进行系统总结和进一步探讨,包括梁柱构件的设计,节点核心区的抗剪设计,梁柱结合处牛腿和缺口梁设计及相关构造要求等,给出了计算方法或设计建议。
6、新型节点构造新颖,其关键施工工艺尚无成熟经验可借鉴。提出了弧形钢筋加工、管道定位、预应力张拉和接缝处管道连接等关键施工方法。在工艺试验研究、试点工程应用的基础上,对新型节点构件制作、安装阶段的关键施工工艺和控制标准进行系统总结。同时也表明,关键施工工艺和控制标准能满足实际工程应用要求。