新型装配式混凝土框架结构节点设计探索研究

新型装配式混凝土框架结构节点设计探索研究

刘宁

大同市华岳建筑设计有限责任公司山西大同037000

摘要：装配式混凝土框架结构梁柱连接的方式制约了装配式混凝土框架结构的发展。本文研究的新型装配式混凝土框架结构节点借鉴了钢结构节点连接方式，给混凝土的梁纵向受力钢筋设“翼缘板”，然后用螺栓连接“翼缘板”从而大大简化了梁受力钢筋的连接问题。

关键词：装配式混凝土框架结构；螺栓连接；连接板

引言

框架结构作为装配式混凝土框架结构中最重要的环节，广泛应用于各类建筑工程中，施工中的主要特点为施工简便、布置灵活以及预制率高等。据相关研究可见，装配式混凝土框架中的柱构件以及预制梁等部件在地震等自然灾害中受到的破坏较小，但是相关连接位置所承受的破坏力较强，很容易影响到整个结构的坚固性。因此，装配式混凝土结构实际建设施工过程中需要针对不同的结构位置采取不同的设计建造方案，提升混凝土框架的整体质量。

1装配式混凝土框架结构整体性研究进展

装配式混凝土框架包括混合结构、框架结构以及板墙结构三种，该结构的主要问题是整体性能较差，技术及施工水平的不过关也是导致各个施工工程出现坍塌事故的主要原因。装配式混凝土框架结构中关键的承重部位是各个框架的连接点，因此在设计及制作选材过程中需多加重视。装配式混凝土框架结构在工程制作及施工现场过程中进行连接，将各个环节的个体部件进行组合装配，得到完整的装配式框架结构，装配完成后根据实际施工要求进行混凝土灌装工作，进而进行下一步的组合，得到最终装配式混凝土框架结构。影响装配式混凝土框架结构质量的关键因素是框架结构构件的整体性以及连续性，实际建筑施工中，各个框架结构的整体效果均会受到外力影响而出现变化，混凝土框架结构在实际建筑施工中应用的主要优势是其具有较强的集中性，能够增加框架的稳定性，降低各类坍塌等不良事件的发生率。但是当施工中混凝土框架结构尚未装配完全时需要通过其他方式对其进行支撑固定，施工人员要及时准确的检查混凝土的耐受性、整体性以及强度等情况，确保整个建筑施工工程的整体质量。

2装配式混凝土框架结构的优化设计

2.1框架结构中支管接入段设计优化措施。

实际建筑施工中装配式混凝土框架结构中支管接入的角度和高度，随着建筑工程的实际施工情况而变化，因此会对模具的要求比较高。建筑工程建设中，由于各类建筑参数的要求比较高，计算方式也不完全相同，得出的计算结果也会有一定变化，因此，在建筑工程实际建设过程中要在确保工程质量的基础上不断简化模块设计，扩大各类模块的实际应用范围，缩小设计变化，既能提升模块的应用价值，减少模块的设计变动，还能够起到节能减排，节省资源的效果。

2.2优化混凝土框架结构检查井设计。

传统建筑工程建设过程中，装配式混凝土框架结构设计过程中需设计多种多样的介入模块，因此在设计过程中要全面考虑检查井的设计方式以及接入位置，需确保传统砖砌施检查井的实际应用价值以及实用性，但是该设计在实际应用中造作方式较为复杂。现阶段建筑过程中常用的施工方式是根据建筑施工的实际情况不断调整施工方案，充分考虑好砌砖井以及预制井的实际作用，降低施工中混凝土模块的调整和变化，在确保建筑工程质量的基础上尽可能减少预制井建设过程中模具的使用量，以提升建筑工程整体的施工效率。

3提出新型装配式框架节点的方案，并探讨可行性

装配式混凝土框架的做法分为节点预制和节点现浇两种。节点预制法是将受力复杂钢筋密集的节点预制，保障了节点的质量，但要兼顾各个方向梁柱钢筋同时对准，施工难度大；除此之外，一根框梁就需要有两个后浇连接处，一根柱子也要两个后浇连接处。后浇节点多对现场的施工也造成较大的影响。节点现浇是将梁柱构件预制，留出节点区域在工地现场后浇，优点是后浇节点减少，但在核心区受力钢筋密集，难以有效对准连接。本文探讨的是在节点现浇时，提升梁纵向受力钢筋容错率的新型连接方法。

显然钢结构建筑物在装配式生产和施工方面有着得天独厚的优势。结构轻且连接简便可靠，缺点是易失稳。而混凝土框架节点连接的难点就在钢筋对准和传力上。本次纵向受力筋连接设计就是将钢结构节点连接的方式引入到混凝土结构中，并做试验验证可行性。

从普通混凝土构件中受力钢筋的分布不难看出柱的钢筋围绕截面周边布设，梁的钢筋主要集中在梁截面的上部和下部。与钢结构中构件受力翼缘的分布位置相同，而钢柱和钢梁翼缘都是连续的。钢结构构件是借助节点板和螺栓实现节点连接。如果将混凝土结构中钢筋受力有效传递给“翼缘板”，那么受力“翼缘板”自然可以用螺栓连接。同类建筑相比混凝土构件自重较钢结构建筑大。后浇节点必需传递较大的由自重带来的荷载效应。而钢构件通常比较轻薄易失稳。但当轻薄钢节点被混凝土点包裹起来对节点板形成一个牢固的约束，必然会大大提高节点板的承载力。如框架结构中，受力钢筋的锚板锚固就是钢筋借助钢板将荷载传递给混凝土的实例。

由此初步拟定将梁受力钢筋端部焊接在钢板上，在钢板上开孔，将钢筋与钢筋之间的对准连接转换成两块钢板之间的螺栓连接。螺栓孔采用长圆孔，将会提高节点的容错率。

4新型框架节点纵向钢筋连接的试验

根据上述思路方案设计试验模型。平面框架内中间柱与梁之间连接节点。中间柱为CD，横梁AB。CD柱截面尺寸400x400，横梁截面250x450。梁上部配置3根直径20的二级钢筋，下部两根直径20的二级钢筋。箍筋为直径8的二级钢筋。柱配置8根直径22的二级钢筋。梁纵向钢筋在梁柱连接处借助连接钢板，采用8.8级M20高强螺栓摩擦型连接。应变片的分布简述。在节点板长边侧顶和底连接缝处设置应变片，在节点板短边侧缝上下设置应变片，梁和柱纵向钢筋顺钢筋长向设置应变片。

加载方案简述。通过螺旋式千斤顶手动加载荷重显示仪显示荷载，每次加载10kN左右，然后静置10分钟，此时应变显示仪应变数据趋于平稳，记载对应的应变值。

5试验结果及分析

由于试验条件的限制，试验未能进行到节点破坏阶段。但从记录的试验数据显示荷载在38kN逐级变化到66kN时，受拉侧节点三个关键位置处钢筋应变增量为18με，节点板短边侧缝应变上182με，下-148με，平均18με，节点板底上应变285με，下应变-227με，平均29με。从试验数据来看弯矩作用下节点位置处，钢筋的应变<节点板短边侧（上，下）应变<节点板长边侧（顶，底）应变。节点板拼缝处应变增量大于钢筋应变增量。从试验过程来看，节点板长边顶和底应变显著大于受力钢筋的原因，可能是两个连接板之间螺栓没有实现摩擦型连接造成。由此可以推测，当节点螺栓采用摩擦型连接，减小连接板和螺栓之间的变形，将使传力更加有效。

当只是单侧加载时，对侧钢筋应变和节点板上的应变均有增量，且应变增量均小于加载侧钢筋应变增量。这样的节点对钢筋对准要求低，容错率高，能满足普通的传力需求，且对螺栓孔对准精度不高。可以在弯矩不大的的普通截面梁中使用。

结束语

综上可知，我国装配式混凝土框架结构的施工和应用还处于研究发展阶段，需要进行进一步的创新和研究，将先进的科学技术手段应用到混凝土框架结构设计之中，以促进装配式混凝土框架结构设计的不断进步。同时，对于装配式混凝土框架结构的深入研究能够帮助相关工作研发人员，不断进行创新和发展，以科学合理的方式提升装配式混凝土框架结构的各项性能，促进整体建筑工程质量的提升。

参考文献

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