裝配式結構

裝配式結構（prefabricated concrete structure）是裝配式混凝土結構的簡稱，是以預製構件為主要受力構件經裝配\連線而成的混凝土結構。裝配式鋼筋混凝土結構是我國建築結構發展的重要方向之一，它有利於我國建築工業化的發展，提高生產效率節約能源，發展綠色環保建築，並且有利於提高和保證建築工程質量。與現澆施工工法相比，裝配式PC結構有利於綠色施工，因為裝配式施工更能符合綠色施工的節地、節能、節材、節水和環境保護等要求，降低對環境的負面影響，包括降低噪音、防止揚塵、減少環境污染、清潔運輸、減少場地干擾、節約水、電、材料等資源和能源，遵循可持續發展的原則。

基本介紹

• 中文名：裝配式結構
• 外文名：prefabricated concrete structure
• 全稱：裝配式混凝土結構
• 性質：預製構件為主要受力構件
• 類別：建築結構

簡介

而且，裝配式結構可以連續地按順序完成工程的多個或全部工序，從而減少進場的工程機械種類和數量，消除工序銜接的停閒時間，實現立體交叉作業，減少施工人員，從而提高工效、降低物料消耗、減少環境污染，為綠色施工提供保障。另外，裝配式結構在較大程度上減少建築垃圾(約占城市垃圾總量的30%―40%)，如廢鋼筋、廢鐵絲、廢竹木材、廢棄混凝土等。

國內外學者對裝配式RC結構做了大量的研究工作，並開發了多種裝配式結構形式，如無粘結預應力裝配式框架、混合連線裝配式混凝土框架、預製結構鋼纖維高強混凝土框架、裝配整體式鋼骨混凝土框架等。由於我國對預製混凝土結構抗震性能認識不足，導致預製混凝土結構的研究和工程套用與國外先進水平相比還有明顯差距,預製混凝土結構在地震區的套用受到限制，因此我國迫切需要展開對預製混凝土結構抗震性能的系統研究。

抗震性能

按照美國NEHRP(National Earthquake Haz-ardsReduction Program)2000規範[1],預製混凝土框架連線可以分為等效現澆連線和裝配式連線,等效現澆連線要求達到或超過現澆混凝土連線的抗震性能,裝配式連線和現澆混凝土連線力學性能不同,NEHRP另行給出抗震規定。常用的等效現澆節點有後澆整體式和預應力拼接式,常用的裝配式節點有焊接節點和螺栓連線節點。

1.1等效現澆節點

1.12無黏結預應力筋拼接節點

加利福尼亞大學Priestley對部分黏結預應力拚接節點進行了理論研究[2],他指出由於預應力筋在節點內和節點兩邊一定範圍內不與混凝土發生黏結,因此在節點產生較大變形時預應力筋仍可保持彈性。這種節點在大變形後強度和剛度的衰減及殘餘變形都較小,節點復原能力強;由於預應力的夾持約束作用,對節點區抗剪有利,可以減少節點區箍筋用量。Priestley進行了8個無黏結預應力樑柱節點的低周反覆載入試驗。試驗表明:節點最大層間變形可達2.8%~4%,殘餘變形約為最大層間變形的2.2%;大變形時,由於樑柱界面處混凝土的塑性發展使節點剛度有所下降,但節點只有輕微損壞。與現澆混凝土節點相比,預製混凝土無黏結預應力拼接節點耗能較小,損傷、強度損失和殘餘變形也較小。

1.2黏結預應力筋拼接節點

2004年合肥工業大學柳柄康等進行了兩榀預壓裝配式預應力混凝土框架樑柱組合體的低周反覆載入試驗[3]，試件尺寸和配筋如圖1。試驗表明：由於牛腿的存在，反向載入時存在掀起效應，正截面受彎承載力應予以折減，梁端剪力摩擦作用能夠抵抗梁端剪力；預應力的作用使得試件有很強的變形恢復能力，有利於震後修復。

試件尺寸及配筋

2005年北京工業大學進行了6個混合連線裝配混凝土框架內節點試件在低周反覆荷載下的載入試驗[4]，試件尺寸及配筋圖如圖2。試驗表明：混合連線裝配混凝土框架節點的耗能力與整體現澆混凝土節點相當，而其延性和變形恢復能力則優於整體現澆混凝土節點，其綜合抗震性能優於整體現澆混凝土節點。

試件尺寸及配筋

1.3 後澆整體式節點

1998年,Vasconez進行了13個預製混凝土節點的反覆載入試驗[5],這些節點包括9個鋼纖維混凝土節點、1個聚乙烯醇纖維混凝土節點和3個普通混凝土節點。試驗結果表明:鋼纖維比聚乙烯醇纖維對改善節點性能更為有效;採用後澆鋼纖維混凝土可以提高鋼筋與混凝土的黏結強度,有助於提高節點延性、推遲破壞發生,同時還可以提高節點抗剪強度;與普通後澆節點相比,鋼纖維混凝土節點的強度、耗能和變形能力分別增加約30%,35%,65%;使用3%體積含量的鋼纖維混凝土可以使節點區箍筋用量減少50%,並獲得更好的抗震性能。

2004年，同濟大學趙斌等對高強混凝土後澆整體式樑柱組合件和高強鋼纖維混凝土後澆整體式樑柱組合件在低周反覆荷載作用下進行試驗研究[6]，試驗表明：預製高強混凝土結構後澆整體式樑柱組合件與現澆高強混凝土結構樑柱組合件具有相同的抗震能力，採用高強鋼纖維混凝土澆築預製混凝土結構後澆節點，可以減小節點區域箍筋用量，改善節點承載性能。

裝配式連線節點

2.1 螺栓連線節點

2004年，同濟大學趙斌等採用足尺模型對比試驗方法對現澆高強混凝土樑柱組合件、預製混凝土結構高強混凝土後澆整體式樑柱組合件和高強預製混凝土結構全裝配式樑柱組合件在低周反覆荷載作用下的試驗研究[7]，全裝配式節點示意圖如圖3及4個試件的滯回曲線如圖4。試驗表明：全裝配式半剛性節點預製混凝土樑柱組合件由於其短梁接頭的加強作用,其承載力隨載入位移的增加持續增大,相同的極限載入位移,其極限承載力大於現澆高強混凝土樑柱組合件和預製混凝土結構後澆整體式樑柱組合件，但由其滯回曲線可以看出它的耗能指標總體小於現澆高強混凝土樑柱組合件和預製混凝土結構後澆整體式樑柱組合件,建議採取必要措施,增加全裝配式半剛性節點的耗能能力。

整體性能

2005年，合肥工業大學柳柄康等對兩榀兩跨預壓裝配式預應力混凝土框架進行低周反覆荷載作用下的試驗研究[8]，框架尺寸和配筋見圖5。試驗表明：僅依賴預應力筋抗彎的梁端截面,滯回曲線較為豐滿,具有良好的耗能能力;曲率延性係數達4時,截面承載力無明顯降低,可滿足彎矩調幅要求;卸載後殘餘變形較小,截面屈服後仍具有變形恢復能力;對稱和反對稱兩種載入方式對跨中和梁端受力性能和延性無明顯影響,僅對中柱節點核心區受力狀態產生較大影響。

2009年，北京工業大學韓建強等對一榀預應力裝配式框架KJ2進行水平低周反覆荷載作用下的試驗[9]，為了保證KJ2梁端混凝土約束較好，對其框架梁端2倍梁高範圍進行碳纖維布加固，並在梁的兩端均增設直徑為4mm的螺旋箍筋約束端部混凝土，提高裝配框架梁兩端混凝土的局部抗壓強度，製作完後的框架如圖6所示。試驗表明：與現澆混凝土框架相比，預應力裝配式框架的耗能能力要稍低於現澆框架，而其延性和變形恢復能力則優於現澆混凝土框架。

2005年，同濟大學呂西林等對一個單層、單跨、三榀、採用橡膠墊螺栓連線樑柱節點的裝配式預製混凝土框架結構1/2縮尺模型進行擬動力試驗[10]，樑柱、梁板節點詳圖如圖7。試驗表明：此類裝配式預製混凝土框架結構具有較好的抗震性能;採用橡膠墊螺栓連線的樑柱節點在試驗中工作狀態良好,而採用焊接連線的板梁節點在試驗中破壞嚴重;屋面板與梁的焊接節點是此類結構的抗震薄弱環節。