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预制梁的结构构件有什么特点
苟苟亮   2023-08-08 10:41    来源: 互联网
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在预制装配式混凝土框架结构体系中,预制构件间的连接节点,特别是预制梁柱连接节点,对结构性能如承载能力、结构刚度、抗震性能等往往起到决定性的作用,同时深远影响着预制混凝土框架结构的施工可行性和建造方式。

关于预制梁柱连接节点主要形式从不同的角度出发形成了不同的分类方法普通分类

比较普遍的分类方法是根据其施工工艺来分,可以分为湿连接和干连接。

抗震性能和抗震设计角度

预制梁柱连接节点主要形式的抗震性能是关系到整个结构在地震表现的关键,故从抗震性能和抗震设计策略角度主要分为两类:一种是等同现浇钢筋混凝土框架结构抗震性能的预制混凝土框架结构,简称等同现浇类;另一种是拥有自身独特抗震性能和规律的预制混凝土框架结构,简称自身特性类。

受力性能角度

从预制构件连接的受力性能来分,又可分为抗弯连接和简单连接,抗弯连接受力时能够承受弯矩,简单连接仅能承受剪力和轴力,在结构分析和计算时被当成铰接考虑

连接变形的特点角度

从连接变形的特点来区分,预制构件连接可分为刚性连接、半刚性连接和铰接连接。

内力传递的角度

预制构件之间的连接实质上要解决离散的预制构件之间的内力传递问题,故从内力传递的角度可将其分为:将预制混凝土框架结构的连接分为直接传力连接、间接传力连接和混合传力连接三种形式。

梁柱

预制构件之间的连接实质上要解决离散的预制构件之间的内力传递问题,故从内力传递的角度可以更好地认识预制梁柱连接节点的特点。钢筋混凝土是由混凝土和钢筋按照一定原则结合成一体的组合材料,它们能够共同受力的本质原因是二者之间具有较好的粘结作用,从而变形协调,通过平截面假定来分析构件的应力分布。预制构件之间的连接由于构造形式的不同,使得内力传递方式多种多样。考虑普通钢筋混凝土的传力特点,从传力方式的角度出发,本文将预制梁柱的连接分为直接传力连接、间接传力连接和混合传力连接三种形式。

一、直接传力连接

1.预制梁底筋锚固连接

预制梁底外伸的纵向钢筋直接伸入节点核心区位置进行锚固,如图所示。预制楼板放置在预制梁上,在梁和楼板的上表面、节点核心区布置钢筋,再浇筑并振捣混凝土,使所有预制构件连接成为整体。这种节点必须有效保证下部纵筋的锚固性能,一般做法是将锚固钢筋端部弯折形成弯钩或者在钢筋端部增设锚固端头来保证锚固质量和减少锚固长度。国外也有在预制梁端增设环扣状的钢绞线的做法,其通过环扣状的钢绞线伸入节点核心区进行锚固,如图所示。

2. 附加钢筋搭接连接

采用该连接的预制梁下部纵筋往往不伸入节点核心区,而是通过伸入或者跨过节点核心区的附加钢筋与梁端伸出的钢筋进行搭接,再后浇混凝土形成整体结构。该连接形式最常见的做法是预制梁端部预留一小段U形薄壁键槽,梁底纵筋在键槽端部截断,附加钢筋贯穿节点核心区,并置于键槽内,如图所示。若梁端不设置U形薄壁键槽,则必须通过现场搭设梁端部模板并浇筑混凝土来完成附加钢筋与预制梁纵筋的搭接,如图所示。

3. 锚固与搭接混合连接

锚固与搭接混合连接结合了前两种连接的特点,在梁端设置U形键槽,预制梁下部底筋伸出梁端,在节点核心区进行锚固,同时增设附加钢筋来加强预制梁与预制柱的连接。国内学者提出一种钢绞线锚入和附加普通钢筋的混合连接,如图所示。该连接预制梁采用先张法预制预应力梁形式,梁端预留键槽。钢绞线从键槽内伸出,端部通过压花机形成压花锚,根据锚固长度需要,可伸入节点核心区内或者对面预制梁的键槽内锚固。在节点拼装时,附加两端带扩大头的直钢筋,通过后浇混凝土实现梁柱节点的整体连接。

4. 钢筋贯通连接

该连接使得不同预制构件上的钢筋相接成为贯通的整体,在受力状态上更加接近于普通钢筋混凝土结构。对于节点区现浇的预制混凝土框架连接,大多采用预制梁钢筋在节点区焊接或者套筒连接的形式相连,也可采用节点连接两侧预制梁共同预制成一体的形式,梁钢筋在节点区通长设置,如图所示。对于梁柱节点核心区也预制的框架连接,往往在节点核心区预留贯通孔,同时在一侧梁内也预留孔道,另一侧梁纵向钢筋超长布置,现场安装时穿过柱贯通孔,伸入梁孔道内,通过注浆形成整体连接,如图所示,该连接以日本的LRV-H技术为代表。

5. 有粘结预应力筋压接连接

该连接方式采用高强度的后张预应力筋将预制梁和预制柱构件连接在一起。通过灌浆等手段,使得预应力筋与混凝土之间产生粘结,预应力筋成为预制构件配筋的一部分,预应力也成为构件和连接的内力。在连接截面处只有预应力筋,而没有任何普通钢筋。地震作用下,梁柱连接节点通过连接处裂缝的张开和闭合来耗散能量。随着变形的增大,预应力筋屈服后也会产生一定的塑性变形,连接节点具有一定的耗能能力,但耗能能力相对较弱,震后残余变形也相对较大,该连接形式如图所示。

6. 有粘结预应力压接与普通钢筋搭接混合连接

由于纯粹的有粘结预应力筋压接连接耗能能力较差,故在预制梁上下一定高度内,增设普通钢筋来提高耗能能力,如图所示。该连接通过有粘结预应力的作用将预制梁和预制柱压接在一起,由摩擦力来抵抗梁上传递至节点的剪力,在地震作用下也不需要设置剪力键或牛腿。普通钢筋和预应力筋都提供受弯承载力,普通钢筋还要通过其屈服来耗散地震能量。预应力筋穿过在梁和梁柱节点核心区内预留好的孔道,然后进行张拉;上下两侧的普通钢筋则通过在梁上下预留的凹槽和节点内预留的孔道穿入,并现场灌浆。灌浆后,混凝土和预应力筋及普通钢筋形成相互粘结的整体,通过平截面假定可以有效分析各个部位的应力情况。为避免普通钢筋过早屈服,往往在靠近连接截面的一小区段内设置为无粘结。

二、间接传力连接

1. 预制梁搁置铰接连接

该连接常采用干连接方式,主要特点在于预制柱在连接处设置搁置短平台,预制梁直接搁置在短平台上,梁钢筋不伸出梁端,在梁端一般留有销栓孔,搁置端平台上伸出螺栓或者钢筋,插入销栓孔内,起限位固定作用。该平台可以采用混凝土牛腿或型钢承台等多种形式,根据建筑要求的不同,搁置平台有明式或暗式等,如图所示。

2. 预制梁搁置抗弯连接

由于预制梁搁置铰接连接不能传递弯矩,多用于工业厂房结构。将预制梁截面上下部分通过不同的形式与柱形成良好的连接,使得预制梁端能够传递弯矩,即成为预制梁搁置抗弯连接。常采用焊接连接,即预制梁端和预制柱对应处预埋钢连接件,预制梁搁置后,进行钢连接件焊接,形成能够传递弯矩的搁置连接,如图所示。预制梁截面上部也可以通过钢板和螺栓组合件与预制柱的连接,螺栓将钢板压紧,钢板之间通过摩擦力来耗能,这种连接即为摩擦滑移连接。另一种方式则通过特制的连接件连接预制梁内纵筋,再紧固螺栓形成抗弯连接如图所示。

3. 预埋钢构件连接

该类连接方式不同于一般预埋小型钢部件的预制混凝土框架结构,其预埋的钢构件连接不依赖于预制混凝土,可独立传递内力。预制混凝土内的钢筋与钢构件有效焊接,混凝土与钢构件有效粘结形成完整的预制构件,钢构件往往采用螺栓连接的方式进行连接,现场安装后,再现饶混凝土将钢构件完全锚入混凝土,如图所示。国内也有学者提出梁柱连接部位完全依靠钢构件进行连接预制混凝土在非梁柱连接区域与钢结构有效连接,在连接区域,该结构类似于钢结构,如图所示。

4.梁局部预应力压接连接

该连接的预制混凝土梁端部制作成扩大端的形式,预留预应力孔道。在现场安装时,在梁柱接缝之间涂抹一层砂浆垫层,预应力筋穿过梁柱上的孔道,施加预应力后,预制梁和预制柱通过预应力压接在一起,如图所示。梁端部扩大端受力较为复杂,需要严格计算配筋。国外有学者提出仿照钢结构构造特点,预制混凝土梁端部预制成类似工字梁焊接钢板的形式,通过预应力螺栓来实现与预制柱的连接,如图所示。

5.无粘结预应力筋压接连接

该连接方式同有粘结预应力筋压接连接的构造方式类似,如图所示。但预应力筋与预制混.凝土之间没有粘结,能够延缓预应力筋的屈服,使其在罕遇地震作用下仍能保持为弹性,连接结点震后残余变形很小,具有较强的恢复能力。其依靠预制梁端的锚固端来传递预应力,预应力相对于预制构件来说是外力,梁柱连接通过预应力筋和预制构件共同承受弯矩荷载,属于间接传力的范畴。

三、混合传力连接

直接传力连接多采用湿连接,现场湿作业较多,但传力路径较短,受力直接,抗震耗能能力较强;间接传力连接多是干连接,现场装配安装相对较为方便,但传力路径较长,在地震荷载作用下,易在连接部位处产生破坏。混合传力连接结合二者的特点,即有间接连接的部位,又有直接连接的部分,主要有以下几种连接方式。

1.搁置叠合现浇连接

该连接不同于一般的搁置抗弯连接,其预制梁往往做成预制叠合梁的形式,预制柱在两层连接位置也预留现浇区。在现场安装时,预制梁先搁置于柱边的牛腿或搁置平台上,搁置重叠部分采用焊接等形式连接为整体,梁上叠合部位放置钢筋,伸入预制柱现浇区,再现浇混凝土完成整个结构[51】,如图1-18所示。

2.无粘结预应力压接与普通钢筋受力混合连接

在无粘结预应力压接的基础上,对预制梁截面上下部分普通钢筋贯穿预制柱,锚固于预制柱预留的孔道内,如图所示,普通钢筋也可以是搭接钢筋。该连接无粘结预应力压接是间接传力,梁截面上下部分的普通钢筋则属于直接传力,无粘结预应力筋能够提供较强的恢复力,使得该连接在地震作用下残余变形较小,同时普通钢筋又增强了耗能能力。

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