梁柱节点混凝土预制施工技术探析

梁柱节点混凝土预制施工技术探析

罗福林 ,陈子建

浙江科路核工程服务有限公司  浙江海盐  314300

摘要：世构体系是目前较为流行的梁柱节点连接方案，其预制梁采用预应力钢绞线，在梁端键槽内通过Ｕ型连接钢筋进行连接，由于其连接方案与传统结构类似，节点通过现场浇筑形成整体，具有较好的抗震性能。在世构体系研究的基础上，提出采用普通钢筋代替预应力筋，并进行９０°弯曲后，与Ｕ型连接钢筋在梁端及节点区域进行后浇连接。该连接方案的优势在于：为了保证钢筋应力传递，采用Ｕ型钢筋连接梁底部纵向钢筋，Ｕ型钢筋可以减少锚固长度，减少了梁端现场浇筑的工作量。此外，采用ＥＣＣ（ＥｎｇｉｎｅｅｒｅｄＣｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）材料代替传统混凝土材料应用于梁柱节点后浇区域，以提高构件的整体抗震性能。

关键词：梁柱节点；混凝土预制；施工技术

引言

近年来随着机械工业和互联网技术的高速全面发展，更加节能环保、高效集约的预制装配式钢筋混凝土结构开始逐步取代传统现浇混凝土的生产模式。装配式钢筋混凝土结构的整体稳定性和抗震性能受预制件间连接方式和连接性能的好坏影响较大，而整个结构的强度和整体性又直接取决于梁柱节点间的连接，国内外的专家学者对此也展开了大量的研究。近年来随着机械工业和互联网技术的高速全面发展，更加节能环保、高效集约的预制装配式钢筋混凝土结构开始逐步取代传统现浇混凝土的生产模式。装配式钢筋混凝土结构的整体稳定性和抗震性能受预制件间连接方式和连接性能的好坏影响较大，而整个结构的强度和整体性又直接取决于梁柱节点间的连接，国内外的专家学者对此也展开了大量的研究。

1.梁柱节点构造要求

在混凝土组合结构中有很多不同的形式，按照“柱”的类型分类，可以将其分为钢筋混凝土柱、核心型钢混凝土柱、钢管混凝土柱以及配芯筋混凝土柱等几种不同的形式；按照“梁”的不同分类，可以将其分为型钢混凝土梁、钢筋混凝土梁以及型钢梁等几种类型。此外，作为连接“柱”和“梁”的关键媒介，梁柱节点的形式是多种多样的，且在具体构造上容易受到材料、工艺等不同因素的影响。型钢混凝土属于混凝土组合结构中的一种特殊类型，对于这种混凝土结构的设计，不仅要关注其承载力，也要做好对于整体构造的优化与设计，尤其是一些高层建筑，需要始终坚持“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”的原则，还要综合考虑项目的具体施工情况、施工设计要求以及相关规章制度，注意业主的一些特殊要求。

2.梁柱节点模型

为能更精确模拟梁柱节点在反复荷载作用的受力破坏机理，由华盛顿大学ＬａｕｒａＬｏｗｅｓ教授在ＯｐｅｎＳｅｅｓ平台开发了节点模型———梁柱节点单元（ＢｅａｍＣｏｌｕｍｎＪｏｉｎｔ）［１５－１６］，该模型主要由三部分组成：核心区剪切分量（ＳｈｅａｒｐａｎｅｌＣｏｍｐｏｎｅｎｔ），用来模拟节点核心区由于剪切破坏引起的节点刚度和强度的退化；钢筋滑移分量（Ｂａｒ⁃ｓｌｉｐＣｏｍｐｏｎｅｎｔ），用来模拟梁柱节点核心区的梁、柱纵筋随着反复荷载作用黏结滑移而引起节点强度和刚度的退化；交界面剪切分量（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ⁃ｓｈｅａｒＣｏｍｐｏｎｅｎｔ），用来模拟在荷载作用下节点与梁柱端交界面传递剪力能力的退化（如下图所示）。

图：梁柱节点模型示意图

采用ＯｐｅｎＳｅｅｓ对新型装配式混凝土梁柱节点的抗震性能进行了数值分析并进行参数分析，其结论如下：１）模拟结果表明，非线性分析软件ＯｐｅｎＳｅｅｓ能够较好的模拟在低周反复荷载作用下装配式混凝土节点的受力特性，较准确的模拟了试件各个循环荷载下滞回路径。２）从数值模拟和试验所得的骨架曲线对比分析可以看到，模拟的骨架曲线与试验结果能较好的吻合，但模拟结果的初始刚度较试验结果大。３）ＯｐｅｎＳｅｅｓ平台中ＥＣＣ单轴本构能较好的模拟ＥＣＣ材料在复杂受力状态下的受力特性。但该模型未能充分考虑ＥＣＣ材料优越的抗损伤能力，计算结果偏于保守。４）随着ＥＣＣ强度增加，节点模型的屈服荷载和峰值荷载均会不同程度增加；基体材料在同一抗压强度下，后浇ＥＣＣ模型较后浇混凝土模型的屈服荷载和峰值荷载更高。５）ＥＣＣ弹模的折减对节点初始刚度和强度均有影响，但影响较小，均未超过２．５％。梁端3.配筋率对节点抗震性能影响分析

配筋率直接影响梁柱节点区域的破坏形态和受力性能。随着加载过程的持续进行试件主要分为弹性阶段、弹塑性阶段、破坏阶段这3个变形阶段，线形连续且无突变。在弹性变形阶段三条曲线基本重合，说明在配筋率对于梁柱初始刚度及承载力影响不大；在弹塑性变形阶段以后，随着配筋率的增加骨架曲线的峰值也随之增加。不同配筋率下的承载能力图，可以看出随着配筋率的增加，试件的承载力也在逐步增加。通过软件建立装配式钢筋混凝土梁柱有限元模型，对影响结构整体性能的关键参数进行数值分析，总结并分析了装配式梁柱结构在不同梁端配筋率及轴压比的情况下对装配式混凝土梁柱抗震性能的影响，为保证装配式钢筋混凝土梁柱结构安全施工和进一步提高装配式钢筋混凝土梁柱结构的安全性提供了理论借鉴。

4.梁柱节点施工

在型钢混凝土组合结构的梁柱节点处，梁为钢筋混凝土梁，钢为型钢，因此在实际施工过程中节点处梁纵向受力筋的安装十分关键。对此，可以在施工设计图纸中在梁柱节点处增加焊接牛腿，将一部分梁筋与牛腿焊接在一起，其余梁筋穿过型钢。具体技术措施如下：在腹板上钻孔，将型钢内与翼缘板外的梁受力筋从此处穿过，型钢之外的梁受力筋正常通过；对于此处节点进行二次优化处理，结合纵横梁筋的排布位置来确定牛腿的尺寸、标高和高度方向，标记好腹板需要钻孔的位置；在加工型钢的过程中，根据设计图纸进行处理，不能在施工现场进行其他的加工作业；对于钢构件的加工精度予以严格控制，确保其达到相关的标准和要求，避免给现场的施工操作增加任何的困难和风险，有效减少返工问题的出现；除此之外，梁二排筋的焊接过程中很容易受到外界因素的不良影响，导致出现施工进度减慢的问题，所以需要做好多方的协商与沟通，适当优化设计方案。首先将直螺纹套筒焊接在型钢上，然后再与钢筋进行连接。这一过程中必须先进行焊接工艺试验，在试验结果符合实际要求后方可展开大面积操作，从而更好地保证施工进度，提升施工质量。

结束语

高强钢筋高强混凝土具有强度高、耐腐蚀性好、节省空间和减小结构自重等优点，尤其适合于配筋复杂的超高层建筑使用。针对高强钢筋高强混凝土框架节点的抗震性能，国内外学者已经进行了部分的研究。随着钢筋和混凝土强度的增加，结构的延性有所降低，可以考虑利用碳纤维增强塑料筋(CFＲP筋)来改善混凝土的脆性，提升结构的延性、变形能力和耗能等抗震性能。很多学者已经证实纤维增强塑料(FＲP)筋可以改善钢筋混凝土结构的变形能力，减少残余变形。

参考文献

[1]周波.预制混凝土框架节点受力性能的有限元分析[J].四川水泥,2021(12):5-6.

[2]李胜强,杨博,金焕,杨云英.装配式混凝土结构体系研究及探讨[J].建筑技术开发,2021,48(19):3-6.

[3]祝兴业.办公楼装配式混凝土建筑结构施工技术[J].建筑施工,2020,42(08):1435-1437.