装配式先张预应力混凝土框架结构研究初探Ⅰ:结构概念与弹性分析

装配式先张预应力混凝土框架是通过装配施工工艺,将先张预应力混凝土梁与预制混凝土柱先铰接后刚接而形成的一种新型结构。以某5层框架结构为例进行了内力分析,分别对比了设防烈度为7度(0.1g,0.15g)和8度(0.2g)时装配式先张预应力混凝土框架与现浇混凝土框架的弹性内力。分析结果表明,跟现浇混凝土框架相比,装配式先张预应力混凝土框架的梁端负弯矩绝对值降低了60%~80%。因此,跟普通的现浇混凝土框架相比,这种结构可有效降低框架梁端的负弯矩和纵筋配筋率,从而减少穿过框架节点区的梁纵筋数量,降低装配施工难度,提高装配施工效率;且这种框架结构能充分利用高强预应力筋,降低框架梁的钢筋用量,是一种具有良好综合效益的结构形式。     

装配整体式预应力混凝土框架节点抗震性能试验研究

为研究新型装配整体式预应力混凝土框架结构抗震性能,设计制作了装配整体式预应力混凝土框架无牛腿梁柱节点、暗牛腿梁柱节点和现浇梁柱节点试件。对3个试件进行了低周往复荷载试验,对比分析了各试件的破坏形态、滞回特性、位移延性以及能量耗散等抗震性能。结果表明：各试件的破坏形式均最终表现为梁端塑性铰破坏;装配式节点的开裂荷载比现浇节点的略高,极限承载力较现浇节点略低;各试件滞回曲线的滞回环较为饱满,现浇节点、无牛腿梁柱节点和暗牛腿梁柱节点的能量耗散系数分别为3.51、3.17和2.90,位移延性系数分别为4.19、4.83、4.52,装配式预应力框架节点表现出与现浇预应力框架节点等同的抗震性能。     

新型单面叠合装配式剪力墙抗震性能研究

针对现阶段全预制混凝土剪力墙自重大、现场施工工序复杂,双面叠合剪力墙预制烦琐、效率低的问题,提出了一种新型的单面叠合装配式剪力墙结构。通过拟静力试验对新型单面叠合装配式剪力墙结构的抗震性能进行研究。试验结果表明：新型单面叠合装配式剪力墙结构预制层混凝土和现浇层混凝土结合较好;裂缝发展与现浇剪力墙相似,破坏形态和现浇剪力墙一样均为压剪破坏;单面叠合剪力墙试件的峰值承载力比现浇剪力墙试件高7.2%;极限位移角满足我国规范中要求的弹塑性位移角限值和罕遇地震下的变形要求,能够达到“等同现浇”的效果。     

预应力混合装配式混凝土框架新型节点抗震性能模拟分析

提出一种预应力混合装配式混凝土框架新型节点,利用ABAQUS软件建立1个现浇节点模型、1个预应力直接装配式节点模型和6个预应力混合装配式节点模型,在验证建模方法可靠的基础上,对不同模型进行低周反复荷载下滞回曲线、耗能能力、骨架曲线、延性和刚度退化的对比研究,并分析混凝土强度、耗能角钢强度和厚度对新型节点抗震性能的影响。结果表明,预应力混合装配式混凝土框架新型节点的抗震性能较预应力直接装配式节点有大幅度提升,耗能性能和承载力略低于现浇节点,延性和刚度高于现浇节点;预应力混合装配式混凝土框架新型节点的耗能能力和承载力随预制混凝土梁强度提高而提高,但延性有所下降;提高耗能角钢强度能提高承载力极限和延性,但对耗能性能影响较小;增大耗能钢板厚度能有效提高抗震性能。     

全装配式预应力自复位混凝土框架的抗震性能

全装配式预应力自复位混凝土框架是将无粘结预应力技术和摩擦耗能技术应用到传统预制装配式框架中的一种新型结构体系。其中,梁-柱和柱-基础节点均采用无粘结预应力进行连接,提供结构的震后复位能力;梁端设置了摩擦耗能装置,用于耗散地震能量。本文采用非线性静力和动力时程分析方法,研究了一个3跨2层的自复位混凝土框架的抗震性能,并和传统现浇混凝土框架的抗震性能进行了对比分析。结果表明,和传统现浇混凝土框架相比,自复位混凝土框架具有更大的侧向刚度和较小的耗能能力。在中震和大震作用下,自复位混凝土框架的残余变形很小,最大层间侧移角要稍大于传统现浇混凝土框架;而传统现浇混凝土框架在大震作用下的残余层间侧移角已达到0. 67%,震后修复代价较大。     

灌浆缺陷影响下装配式混凝土框架抗震性能试验研究

装配式结构中套筒连接常由于施工不当或套筒堵塞等原因造成灌浆缺陷,严重影响了装配式混凝土框架的抗震性能。为了评估存在套筒灌浆缺陷装配式框架结构的抗震性能,进行了1榀现浇框架和1榀环向灌浆缺陷率为30%的装配式框架的拟静力试验。研究结果表明：与现浇框架相比,30%灌浆缺陷率影响下装配式混凝土框架的承载能力下降了20%,抗侧刚度仅约为现浇框架的80%,刚度衰退也更为迅速;两榀框架的位移延性系数均在2.6~3.0之间,但环向灌浆缺陷率为30%的装配式混凝土框架的峰值位移和极限位移仅约为现浇框架的70%。因此,存在套筒灌浆缺陷的装配式框架结构抗震性能弱于现浇框架结构。     

某办公楼装配式混凝土框架-现浇核心筒与装配式钢框架-现浇核心筒结构方案及成本对比分析

某办公楼地上建筑高度69.6m,需采用装配式建筑。针对建筑高度和建筑平面进行分析,可采用两种装配式结构方案,装配式混凝土框架-现浇核心筒结构或装配式钢框架-现浇核心筒结构。对两种方案进行结构计算分析及预制构件布置,对其成本及优缺点进行对比分析。结果表明,装配式混凝土框架-现浇核心筒结构成本比装配式钢框架-现浇核心筒低21.81%,但其施工工期较长,预制混凝土构件加工、制作、吊装、安装有一定难度,塔吊成本较高,装配式钢框架-现浇核心筒方案更加合理。     

预制与预应力混凝土的结构和经济效益

阐述在框架结构中采用预制与预应力混凝土的结构效率和经济利益。用先张混凝土预制构件和就位现浇面层混凝土相接合所形成的迭合式结构 (半装配式结构 )体系 ,比全现浇结构体系重量更轻、更省材料。在现浇混凝土面层之前 ,先对预制先张混凝土梁、板加以支撑 ,然后浇灌混凝土面层 ,又可进一步减小构件的截面尺寸和重量。用预制构件中的钢筋伸入并锚固于后浇混凝土中所构成的连接方法 ,可以代替其它一些连接方法 ,或者和其它方法混合使用 ,例如与机械套筒连接混用。用预制构件体系装配成的房屋建筑框架 ,结构的整体性好 ,具有足够的强度、刚度和耐久性以抵抗地震荷载     

变截面喇叭口在预应力混凝土扁梁中的应用

北京某商住公寓楼,为现浇钢筋混凝土框架剪力墙体系。地下3层、地上10层,檐高33 1m。标准层层高3 1m ,在不增加楼层高度的情况下,为保证楼层的使用空间,将原来的梁高进行修改,采用有粘结预应力混凝土扁梁框架剪力墙体系。本工程抗震设防烈度8度,Ⅱ类场地土,框架、剪力墙的抗震等级均为Ⅰ级。以往采用扁波纹管有粘结预应力技术的结构中,在张拉端采用扁形喇叭口和扁形群锚的组合形式,扁波纹管中钢绞线的张拉一般采用小吨位张拉设备进行单根张拉。本工程采用了一种新型专利产品———变截面喇叭口,使扁波纹管中的钢绞线能采用大吨位张拉设备一…     

高预应力度预应力混凝土框架抗震性能试验研究

现行规范为满足预应力混凝土结构的抗震性能要求,设置了预应力度限值。该限值的过严规定,导致普通钢筋的配筋量增加,易造成节点区钢筋密集,施工及质量控制难度增加,且经济性降低。本文为研究高预应力度预应力混凝土结构的抗震性能,进行了两榀高预应力度预应力混凝土框架的拟静力试验。试验研究结果表明,预应力度对预应力混凝土结构的抗震性能影响较小,高预应力度预应力混凝土框架仍显示出良好的抗震性能。     

装配式预应力混凝土框架节点形式及施工方法研究

为了改善装配式预应力混凝土框架节点的抗震性能,对国内外装配式预应力混凝土框架结构的节点形式进行回顾,总结目前存在的问题和缺陷,在此基础上提出一种新型的装配式预应力混合梁柱节点。以一中节点为例,评价了该节点的抗震性能并阐述了施工过程。研究结果表明:该种节点的耗能能力强,具有良好的抗震性能,同时具有很强的自恢复能力,是一种值得推广的节点形式。     

基于不同预应力度的半刚性节点预压装配式预应力混凝土框架静力弹塑性分析

为了解考虑预应力度的节点半刚性对预压装配式预应力混凝土结构地震反应的影响,利用MIDAS/Gen软件建立模型对某7层预压装配式预应力混凝土结构进行静力弹塑性分析,通过改变预应力度大小,研究预压装配式预应力混凝土结构的受力性能、变形能力和框架的耗能机制。理论研究表明:节点半刚性对结构抗力影响很大,预应力筋在延缓结构抗力减小方面发挥了重要作用;在罕遇地震下不同预应力度预应力混凝土结构的层间位移角均能满足设计标准的要求,表明罕遇地震下的结构不产生过大变形;中等预应力度的结构在罕遇地震下,结构塑性铰出现位置除底层柱底外均在梁端,表明可以实现"强柱弱梁"破坏机制,塑性铰位置分布广泛,耗能良好,为整体屈服机制;预应力度较大的预压装配式预应力混凝土结构的抗震性能较好。     

超高性能混凝土连接的装配式现浇混凝土框架抗震性能

将超高性能混凝土材料(UHPC)浇筑于预制装配式框架结构的节点核心区,能有效改善预制梁、柱等构件受力钢筋的复杂连接形式,更好地应对节点核心区的复杂应力,以提高其结构的整体性及抗震性能。通过对1榀新型装配式钢筋混凝土框架和1榀整浇对比框架进行拟静力试验,对比分析二者的破坏形态、受力情况等抗震性能。试验结果表明:装配式框架节点受力钢筋连接采用短连接和搭接形式易施工且安全可靠,UHPC材料的使用有效改善了节点的受力性能,提高了框架的承载力和抗侧刚度;两榀框架的滞回曲线形状及饱满程度较为接近,位移延性和耗能能力基本处于同一水平;装配式框架的强度及刚度退化情况与整浇框架基本相似。新型预制装配式框架的抗震性能基本等同现浇水平。     

预制预应力装配式框架节点抗震性能有限元分析

预制装配式框架梁柱节点通过后张预应力和非预应力插入钢筋混合式连接是由美国PCI学会提出的一种新型抗震节点形式。对该类节点的抗震性能进行了非线性有限元分析,对比研究了该预制装配式节点与现浇节点的承载能力、滞回性能及耗能能力等,可供相关研究参考。     

装配式斜支撑节点钢框架的静力弹塑性分析

为研究新型结构装配式斜支撑节点钢框架的抗震性能,采用Pushover分析方法对其进行罕遇地震作用下的弹塑性分析,并与无斜撑钢框架结构进行对比。计算结果表明:7度罕遇地震作用下,装配式斜支撑节点钢框架最大层间位移角为1/223,小于GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》限值1/50,满足"大震不倒"的抗震设防目标。斜支撑的布置减小了结构在罕遇地震作用下的变形,其中结构顶点位移减小33.4%~38.1%,结构最大层间位移角减小19.3%~40.1%,塑性铰大部分出现在桁架梁腹杆部位,框架柱处于弹性阶段。     

探究层次分析法在装配式建筑施工优化中的应用

针对新型装配式建筑结构形式、传统现浇混凝土框架建筑结构形式,以及现浇混凝土剪力墙建筑结构形式的相关技术指标,参照对层次分析法的运用,构筑形成广泛覆盖施工成本因素、施工质量因素、施工时间周期因素、施工流程安全性水平因素,以及环保因素等多样化因素的施工管理控制干预方案优化决策模型,本文围绕层次分析法在装配式建筑施工优化中的应用,展开简要的阐释分析。     

新型装配式混凝土框架节点抗震性能试验研究

为了改善装配式混凝土框架结构的抗震性能,实现装配式结构震后具有一定的可修复功能,通过在梁端塑性铰区纵向钢筋上串联碟簧装置为节点提供恢复力并保护塑性铰区混凝土,提出一种基于全灌浆套筒连接的新型装配式混凝土框架节点。设计并制作钢筋混凝土现浇节点试件、采用全灌浆套筒连接的装配式混凝土框架节点试件和内置碟簧装置的新型装配式混凝土节点试件各1件,通过低周往复试验分析节点试件的破坏过程、滞回特性、耗能能力等抗震性能,并采用数字图像相关法(Digital Image Correlation, DIC)对框架节点的破坏特征进行分析。试验结果表明：新型装配式混凝土节点的耗能和抗震性能优于普通灌浆套筒连接的装配式混凝土框架节点;碟簧装置在新型装配式节点加载过程发挥了类似阻尼器的作用,将节点核心区的一部分损伤转移到梁端内置碟簧区域,具有集中损伤的特性;DIC技术能够预测和记录试件在加载过程中的裂缝开展和破坏过程,可精细化分析试件破坏特征,适用于钢筋混凝土结构的裂缝分析和损伤监测。     

现浇与预制装配式混凝土框架节点抗震性能试验

为研究预制装配式混凝土框架结构连接节点的抗震性能,探讨其与现浇混凝土框架结构节点之间的性能差异,设计并制作了2组预制装配式混凝土框架节点试件和1组现浇混凝土框架节点试件,通过试验研究试件的滞回特性、承载能力、位移延性、强度退化和耗能能力等抗震性能及其破坏特征。结果表明:通过合理的设计,预制装配式混凝土框架节点的滞回耗能性能与现浇混凝土框架节点相当,其承载力和初始刚度基本等同于现浇混凝土结构节点,但其承载力退化速度快于现浇混凝土框架节点,屈服后预制构件累积损伤程度较现浇构件严重;预制装配式混凝土框架节点在轴压比较大时,节点破坏较为严重,耗能更多。     

新型混合装配式混凝土剪力墙抗震性能试验研究及有限元分析

预应力筋面积、预应力筋张拉应力、浆锚钢筋无黏结长度及轴压比是新型混合装配式混凝土剪力墙的重要设计参数。在前期试验基础上,开展考虑不同预应力筋面积的新型混合装配式混凝土剪力墙低周反复荷载试验,并采用Abaqus进行有限元参数分析。试验结果表明：相较现浇对比试件,新型混合装配式剪力墙试件抗裂性能、承载力、刚度均明显提高,位移延性性能及耗能能力接近,在预拉力不变的条件下,预应力筋面积变化对试件性能影响较小;有限元参数分析结果表明,预应力筋张拉应力与轴压比的变化将明显影响新型混合装配式混凝土剪力墙的强度与刚度,且均呈正相关关系,而预应力筋面积、浆锚钢筋无黏结长度影响则不够明显。综合分析认为,对于试验涉及的新型混合装配式混凝土剪力墙,建议预应力筋根数取3根,初始张拉力宜为416.6kN,浆锚钢筋无黏结长度宜为150mm。     

混合连接的装配式框架节点抗震性能试验研究

提出两种新型的装配式高强钢筋混凝土节点连接形式,通过对装配式高强钢筋混凝土框架中节点的拟静力试验研究,对比分析装配式高强钢筋混凝土框架梁柱中节点的开裂破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力等抗震性能指标.研究结果表明:装配式高强钢筋混凝土节点具有较好的抗震能力.装配式高强钢筋混凝土框架节点的极限荷载和耗能能力高于整体现浇混凝土节点,综合抗震性能优于整体现浇混凝土节点;钢纤维的加入可以有效减小核心区裂缝宽度,改善核心区破坏形态.