裝配式混凝土結構體系的發展局限，快來了解一下吧
瀏覽
收藏
※現行裝配式混凝土結構體系的發展局限
從裝配式建筑應用現狀來看，目前使用最廣泛的裝配式建筑形式可以概括為預制構件—節點連接—核心區后澆。這種形式由于現場仍存在濕作業，因此又被稱為“濕式”連接裝配式結構體系。與之對應的，另一類直接利用預應力技術、螺栓、焊接等方式直接拼裝預制構件，不存在后澆段的裝配式建筑，可以稱之為“干式”連接裝配式結構體系。
“濕式”連接體系在我國目前的相關規范及規程中，均要求其設計和施工性能以“等同現澆”為目標，即裝配式結構的設計與建造達到現澆結構的性能，因此也可稱為“等同現澆”型裝配式混凝土結構體系。現行國內發展的最多的裝配式混凝土結構體系主要是“等同現澆”型裝配式混凝土結構體系，其具體的形式仍沿用傳統的結構形式，如框架、框架剪力墻、剪力墻等，主要的區別僅僅在于連接區域采用一系列構造或者措施以確保其滿足“等同現澆”的要求。經過數十年來的研究，國內外已經形成了成熟的“等同現澆”結構設計理論。同時，國內外也已經有了較多“等同現澆”型裝配式混凝土結構體系的實際工程案例，驗證了其構造連接、結構體系的可行性，充分發揮預制結構體系快速連接、延性大等優點的同時也滿足抗震設防要求。然而，“等同現澆”型裝配式混凝土結構體系仍存在較多濕作業現場施工等，也不能完全發揮裝配式結構相對于現澆結構的優勢，大大限制了裝配式建筑的發展與應用。
與之相比，采用“干式”連接的形式，不需要澆筑混凝土，而是通過在構件內預埋連接部件，通過螺栓、焊接或者預應力將各部分連接在一起，現場不存在濕作業，施工效率可以大大提高，更加符合裝配式結構的特點。此外，“干式”連接裝配式混凝土結構體系通過角鋼和阻尼器等附加耗能件，可以實現節點的自復位，節點殘余變形較小，并且可以通過調整預應力筋位置、種類、粘結長度，以及設計選用優良的耗能件或阻尼器，使其耗能能力達到設計要求。在震后可以直接更換梁柱之間損傷的局部構件，相比較“等同現澆”型裝配式混凝土結構體系更容易實現可修復和可更換，使得結構具有較好的可恢復性能。因此，這一類結構體系也可稱之為“非等同現澆”型裝配式混凝土結構體系，其更契合“裝配式”技術的本質，也更符合工程發展的趨勢。然而，此類“非等同現澆”連接型的結構由于多種連接構造形式與局部構件的存在，導致其受力機理不清晰，計算方法不明確。與“等同現澆”結構相比，其構造特征、受力機制、計算方法都具有明顯的差異性和特殊性。盡管國內外的學者在這方面進行了諸多深入的研究，目前仍然缺乏成熟的“非等同現澆”型裝配式混凝土結構體系及相關理論。因此，有必要深入研究“非等同現澆”型裝配式混凝土結構體系，建立合理的構造形式、計算理論、設計方法等。
※等同現澆連接和干式延性連接
裝配式結構的抗震性能很大程度上取決于節點的構造，目前預制裝配式混凝土結構的節點可以分為等同現澆和干式連接。
等同現澆是指通過節點現澆來連接預制構件的施工工藝。為了使現場澆筑的混凝土能夠連接框架的各種構件，預制構件需要在其端部伸出鋼筋，到現場將這些構件依次組裝后，再澆筑混凝土，利用混凝土與鋼筋之間的粘結作用將不同構件連接為一個整體。等同現澆可以達到與現澆結構接近或相同的性能。由于其受力性能與現澆結構總體上一致，其設計方法也與大部分工程師所熟知的現澆結構總體上相同，因此，在推進建筑工業化的初期，這種施工方法得到了大面積的推廣。
隨著建筑工業化的不斷深入，工程師們也開始認識到等同現澆的一些不足之處。首先，預制構件端部伸出的錨固鋼筋給構件的生產、運輸帶來較高的要求。其次，在構件安裝的過程中，由于節點區域狹小、鋼筋來源眾多，不同方向的鋼筋在節點區域內十分容易發生位置沖突，安裝過程中也需要精心地設置安裝順序才能避免先裝構件端部伸出的鋼筋對后裝構件的安裝造成干涉。最后，節點本是受力復雜的內力交匯區域，理應具有比構件更好的質量和性能，等同現澆模式下構件在工廠預制，其產品質量得到有效保證，而現場澆筑的節點質量離散性較大，不易保證強節點弱構件的總體要求。針對這種情況，研究者將目光聚焦到干式連接。
所謂的干式連接，是指不采用構件端部伸出的鋼筋通過后澆混凝土粘結錨固來連接構件的裝配式節點體系。干式連接往往采用預應力、螺栓連接或焊接等方式將構件連接起來，因此構件在制作、運輸和安裝過程中，端部并不伸出鋼筋。這一特性給其在生產和施工的各個過程中都帶來很大的便利。由于端部不伸出筋，制作過程中模具規整、簡單，有利于模具的重復使用和合模、拆模，吊裝、運輸過程中不必擔心伸出的鋼筋被磕碰變形;安裝過程中，構件完整、連接便捷，且不必等待后澆混凝土達到強度即可承受荷載，有效地壓縮了濕作業的周期。
2003年以來，歐盟發起了一項預制混凝土抗震研究項目“基于歐標8的預制混凝土結構抗震特性”，分別從節點和結構整體抗震性能兩個方面對裝配式混凝土結構的性能展開研究;2004年以來，新西蘭學者Au、Byrne、Bull等人針對干式連接的裝配式框架結構，組合不同形式的耗能部件進行了參數及試驗對比分析，驗證了帶耗能部件干式連接的框架結構具有良好的耗能特性。
近幾十年來，老師們將裝配式結構與預應力技術相結合，開發出了一系列抗震性能優良且自復位性能較好的預應力裝配式結構。1977年，Park等人對足尺預制裝配式框架的后張有粘結預應力裝配邊節點進行了低周反復試驗，證明了裝配式預制預應力框架具備良好的延性和抗疲勞性能;自20世紀80年代以來，美國與日本聯合開展了PRESSS(預制裝配式抗震結構體系)項目，研究可應用于地震區的多層預制結構體系，建立了反映結構體系受力特性的計算模型，為裝配式混凝土結構在不同抗震設防區的應用提供全面合理的設計建議。
伴隨著基于性能的抗震設計理論研究的深入，人們越來越注意對結構損傷的控制，延性耗能元件的研究與應用受到了越來越多老師和學者的青睞。Nakaki和Englekirk等人提出了一種預制混凝土延性框架系統，該系統中將延性連接器(圖2.1)預埋在柱中，通過螺栓和轉換塊與梁中鋼筋相連，并使得地震時的塑性變形均集中在延性連接器上，從而保護了結構的其他部位不發生破壞，該系統適用于所有地震區域。1995年，Englekirk詳細介紹了延性連接器(Dywidag Ductile Connector，DDC)的設計思想，并對含有這種連接器的裝配式混凝土框架節點進行了往復荷載試驗，在層間變形達到3.5%時，節點核心區仍沒有出現明顯破壞，承載能力也保持穩定，驗證了其具有良好的抗震性能。1996年，他介紹了一種用于強地震區域預制預應力混凝土建筑的新結構體系，該結構體系中的關鍵部位是由高性能延性連桿組成的梁柱連接，并將該設計理念運用于洛杉磯的一個4層裝配式混凝土框架結構的停車場威爾騰中心停車場(Wiltern Center Parking)(圖2.2)中，此后，這一體系在更多的工程中得到應用，如舉辦奧斯卡頒獎典禮的多層框架——好萊塢高地中心(圖2.3)。2006年，Ertas等人研究了四種類型的延性預制混凝土框架連接，將其與整體連接的框架進行抗震性能的對比，試驗證明試件表現良好，能承受較大的側向變形而沒有出現明顯的承載能力損失。根據其承載能力和能量耗散能力，該預制延性連接被證明適合用于強地震帶，其等效阻尼比與整體試件相比，表現出相似甚至更好的性能。2008年，Kenyon等人對帶有DDC組件的裝配式混凝土結構進行了有限元模擬，分別采用了兩種方法建模：集中塑性模型和纖維模型。兩種建模方式均可較為準確地預測含有DDC組件的預制混凝土結構的抗震性能。2013年，Chang等人對含有DDC組件的框架節點進行了多組試驗，試驗中試件均表現出穩定的滯回性能，在層間位移角超過4%時沒有出現強度退化的現象，且在梁柱節點達到預期設計的塑性轉動時，沒有出現受壓混凝土剝落，僅沿梁出現了輕微的損壞。
如上所述，在過去的幾十年里，研究者依據干式連接的原理，研究了形形色色的連接裝置，其中，具有典型意義的就是美國Dywidag公司開發的延性連接器。本章主要介紹這種連接裝置及其結構體系的性能和設計方法。
※延性連接裝置
金屬屈服耗能裝置是利用金屬在大震作用下發生塑性變形來耗散地震能量的設施，一般采用鋼材制作而成，具備滯回曲線飽滿、耗能性能穩定的特點。梁柱連接是裝配式框架受力的關鍵，在水平力作用下，梁柱連接處會產生較大的彎矩，容易在反復作用下損傷。針對這一問題，國內外學者提出，在裝配式混凝土框架結構的梁柱連接節點處采用合適的延性耗能元件連接構件，可以誘導結構的損傷機制，從而達到延性連接的目的，大大提高結構的消能減震性能。基于這類觀點，Nakiki等人提出了一種含有延性連接器的預制混凝土延性框架系統，Oh等人提出了可更換的帶縫鋼阻尼器，我國的李向民等人提出了一種設置在節點內的低屈服高延性桿件。
DDC連接組件由延性耗能桿、轉換塊、高強度螺栓和相應的組件組成。其中，延性耗能桿是連接最主要的部分，如圖21所示。延性耗能桿的屈服承載力被設置為整個體系中最弱的部分，從而當梁發生塑性轉動的時候，受壓或受拉的塑性變形集中在延性耗能桿中，發生滯回耗能效應。延性耗能桿的內端是一個擴大的錨固板，它提供了耗能桿在柱內的錨固作用;其外端是一個擴大頭，內有帶有螺紋的杯口，用于與梁縱向鋼筋實現連接。
延性耗能桿被置于柱內，其外端杯口不超出柱子側面，因此預制柱的外表面是平整的，便于支設柱模具。梁的縱向鋼筋在端部使用螺紋連接在一個鋼制的轉換塊中，轉換塊與延性耗能桿相對應的位置開設了直洞口，從而螺栓可以從此處穿過。安裝時，首先將預制柱安裝就位并調整垂直度，然后吊裝梁。為了使吊車快速脫鉤，可以在柱側留設一個支承角鋼。支承角鋼的作用就是一個臨時的牛腿，在施工階段支承梁的自重。將高強度螺栓穿過轉換塊中的直洞口，擰入延性耗能桿端部的杯口螺紋中，就完成了框架節點的連接工作。其中，為了盡可能消除杯口端部與轉換塊之間的間隙，在兩者之間采用若干層墊片，使其能夠可靠地傳遞縱向鋼筋的壓力。該延性連接構造簡單，制作安裝方便，耗能效果良好，造價相對低廉。
Englekirk開發的延性連接器(DDC)用于延性預制混凝土框架(DPCF)，該連接器允許將梁和柱獨立澆筑，并通過螺栓在柱表面實現梁柱連接。DDC的作用有：
(1)重新布置屈服構件;
(2)允許梁端區域的應變得到控制;
(3)在混凝土梁和柱中預埋鋼塊，通過梁柱接觸面鋼塊與鋼塊之間的摩擦來傳遞剪力。
DDC中的延性耗能桿作為屈服構件，屈服后可以限制框架梁內剪力和彎矩的增加，有利于保證混凝土梁保持不屈服。為了保證延性耗能桿為該延性連接器中最先屈服的部分，其荷載傳遞路徑上的其他部件(螺紋連接、高強度螺栓、轉換塊和螺紋鋼筋)的設計承載力均高于延性耗能桿的屈服承載力，并考慮了1.25的安全系數。
推廣裝配式建筑是促進綠色發展的重要舉措，是促進建筑業轉型升級的必然要求，是中國建筑業轉型升級的有效途徑，也是實現建筑工業化的重要手段。以上內容就是“裝配式混凝土結構體系的發展局限，快來了解一下吧”，更多裝配式新發展新資訊，歡迎繼續關注環球網校裝配式建筑行業頻道!點擊下方免費下載，獲取裝配式精華考點/課程講義。
最新資訊
- 江蘇無錫經開區：裝配式MiC防疫酒店項目順利交付使用2022-04-12
- 廣東：裝配式建筑示范項目恒盛大廈正式啟用，標準層裝配率達78.9%2022-04-12
- 《裝配式建筑工程施工質量驗收標準》 編制組成立暨第一次工作會議在京順利召開2022-04-12
- 江西：2021年，全省裝配式建筑面積占新開工總建筑面積達到24%2022-04-12
- 全國首單裝配式建筑認證最高等級的綠色債券成功發行2022-04-12
- 四川眉山：竣工驗收報告應明確項目實際裝配率等裝配式建筑建設要求落實情況2022-04-12
- 湖北十堰：鼓勵引導市場主體積極參與、有序發展裝配式建筑產業2022-04-11
- 廣東東莞：提出實施8大舉措，加快推廣綠色建筑，推動裝配式建筑發展2022-04-11
- 被稱為萬億藍海的裝配式建筑行業，如今的發展現狀如何?2022-04-11
- 廣東汕頭：購買裝配式建筑一手商品房，可貸款額度最高可上浮20%2022-04-11
打卡人數
