劉陽(yáng)陽(yáng) 鄭七振 龍莉波 馬躍強(qiáng) 陳 剛 章 誼

1. 上海理工大學(xué)土木工程系 上海 200093；2. 上海建工二建集團(tuán)有限公司 上海 200080

裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)是指由部分或全部預(yù)制混凝土梁、柱通過(guò)可靠的連接方式裝配而成的混凝土框架結(jié)構(gòu)[1]。構(gòu)件的裝配方法一般有現(xiàn)場(chǎng)后澆疊合層混凝土、鋼筋錨固后澆混凝土連接等，鋼筋的連接形式采用最多的有灌漿套筒連接、漿錨搭接和直接搭接等做法。

與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相比，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)具有提高生產(chǎn)效率、保證施工質(zhì)量、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短工期、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境等諸多優(yōu)點(diǎn)，能有效地減少建筑垃圾及施工對(duì)環(huán)境造成的不良影響。因此，裝配式建筑結(jié)構(gòu)是我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要方向之一。

裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)在裝配式建筑中占有很大的比重。但是，傳統(tǒng)的裝配式框架結(jié)構(gòu)體系發(fā)展至今仍存在著諸多問(wèn)題：

1）節(jié)點(diǎn)是影響預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震性能的主要因素[2]，而國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)連接方法相較于現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)受力性能反而有所削弱，與現(xiàn)有的“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件”設(shè)計(jì)理念相悖。

2）套筒灌漿連接和漿錨搭接連接（圖1）存在施工難度大、施工質(zhì)量要求較高及沒(méi)有有效的檢測(cè)方法等一系列的問(wèn)題，嚴(yán)重制約著裝配式混凝土建筑的推廣和發(fā)展。所以，安全可靠、易操作且節(jié)材環(huán)保的預(yù)制構(gòu)件節(jié)點(diǎn)連接方式是裝配式混凝土框架的研究重點(diǎn)。

3）梁柱節(jié)點(diǎn)處鋼筋較為密集，由于普通混凝土自身流動(dòng)性較小，且粗集料的直徑較大，節(jié)點(diǎn)后澆段施工技術(shù)要求高，在澆筑過(guò)程中密實(shí)性難以得到保證。

圖1 預(yù)制構(gòu)件鋼筋連接形式

超高性能混凝土（UHPC）材料是一種活性粉末混凝土（RPC）和小體積短鋼纖維材料的混合物材料，不僅繼承了RPC的優(yōu)異性能，而且還具備改進(jìn)纖維的特性，具有超高強(qiáng)度、超高韌性、超高抗開(kāi)裂能力和超高耐久性等一系列優(yōu)點(diǎn)，使其成為了橋梁、存儲(chǔ)大廳、薄壁殼體結(jié)構(gòu)和其他抗震基礎(chǔ)設(shè)施的理想建筑材料，因此UHPC材料在建筑行業(yè)存在巨大的潛能[3]。

本文提出的把各項(xiàng)性能均優(yōu)異的UHPC材料用于裝配式建筑結(jié)構(gòu)中，可以解決傳統(tǒng)裝配式建筑存在的各項(xiàng)問(wèn)題。

1 前期試驗(yàn)

鄭七振等[4-7]對(duì)裝配式建筑結(jié)構(gòu)做了一系列的前期研究：鋼筋埋長(zhǎng)對(duì)超高性能混凝土與鋼筋黏結(jié)性能的影響、以UHPC材料連接的預(yù)制裝配梁受彎性能試驗(yàn)研究、以UHPC材料連接的預(yù)制柱抗震性能試驗(yàn)研究及以UHPC材料連接的裝配式框架邊節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究，為UHPC材料在預(yù)制裝配式建筑中的廣泛應(yīng)用提供了有價(jià)值的數(shù)據(jù)參考。試驗(yàn)使用的UHPC材料為上海羅洋新材料科技有限公司的Tenacal T180型號(hào)材料。

研究表明：UHPC材料與高強(qiáng)鋼筋黏結(jié)強(qiáng)度的中心拉拔試件的合理錨固長(zhǎng)度取4d（d為構(gòu)件橫截面最大受力鋼筋直徑）；當(dāng)搭接長(zhǎng)度為10d時(shí)，UHPC裝配梁在承載能力、變形能力上與混凝土整澆梁在同一水平范圍內(nèi)，性能基本相當(dāng)；UHPC裝配柱在搭接長(zhǎng)度為10d時(shí)的耗能能力已經(jīng)與混凝土整澆試件基本一致，可代替整澆及灌漿套筒等施工工藝；搭接長(zhǎng)度為10d的UHPC裝配式邊節(jié)點(diǎn)與整澆混凝土節(jié)點(diǎn)試件具有相當(dāng)?shù)目拐鹉芰?，且UHPC材料對(duì)鋼筋具有良好的黏結(jié)能力；在上述的試驗(yàn)研究過(guò)程中，構(gòu)件在UHPC材料后澆段均未出現(xiàn)裂縫。

綜上所述可知，當(dāng)受力鋼筋的搭接長(zhǎng)度為10d時(shí)，已能夠滿足工程要求。

本試驗(yàn)基于前期一系列的研究做進(jìn)一步的探究，通過(guò)擬靜力試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)基于UHPC在裝配式框架結(jié)構(gòu)中連接節(jié)點(diǎn)方案的受力能力和抗震性能。這種連接方式實(shí)現(xiàn)鋼筋的短連接及搭接形式，為裝配式工程帶來(lái)巨大的施工便利和經(jīng)濟(jì)效益。

2 新型預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)體系研究

2.1 新型裝配式結(jié)構(gòu)框架體系的提出

為改進(jìn)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有裝配式建筑結(jié)構(gòu)體系存在的問(wèn)題，基于前期的試驗(yàn)研究提出了一種新型的預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)體系。

此方案主要基于以下幾方面考慮：

1）框架節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受力較為復(fù)雜，而UHPC材料具有超高強(qiáng)度、超高韌性、超高抗開(kāi)裂能力等一系列的優(yōu)異的力學(xué)性能。因此，把UHPC材料用在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，利用UHPC材料承受剪力、彎矩等復(fù)雜應(yīng)力，能有效地提高裝配式框架的承載力和抗震能力，使裝配式框架結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)真正的“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱構(gòu)件”設(shè)計(jì)理念。

2）UHPC材料和鋼筋之間具有較好的黏結(jié)性能，本體系繼續(xù)采用鋼筋搭接的連接形式，取搭接長(zhǎng)度為10d，實(shí)現(xiàn)了鋼筋的短連接。框架UHPC材料用量少、構(gòu)造簡(jiǎn)單，不僅取消了施工難度較大的灌漿套筒及漿錨搭接等鋼筋連接方法，還減少了節(jié)點(diǎn)處的鋼筋用量，解決了施工難度大、施工質(zhì)量不易檢測(cè)等一系列的連接問(wèn)題。

3）UHPC自身具有自流平、自密實(shí)、易澆筑、易振搗等性能，能更好地解決節(jié)點(diǎn)處鋼筋密集、混凝土澆筑不易密實(shí)的問(wèn)題，也為把UHPC材料用于連接裝配式框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)提供新的思路。

新型預(yù)制裝配式框架結(jié)構(gòu)體系由預(yù)制柱、梁通過(guò)UHPC材料在節(jié)點(diǎn)處后澆連接形成整體框架（圖2）。預(yù)制構(gòu)件全部為一維構(gòu)件，便于預(yù)制及運(yùn)輸；鋼筋連接為短連接搭接形式；節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度高，易施工且安全可靠。

圖2 新型裝配式框架示意

2.2 施工方式

梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋采用搭接的連接形式，搭接長(zhǎng)度為10d，采用UHPC材料澆筑來(lái)應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜應(yīng)力（圖3）。

圖3 裝配式框架節(jié)點(diǎn)后澆段示意

地下室部分施工結(jié)束后開(kāi)始組裝上部裝配式結(jié)構(gòu)。首先吊裝底層預(yù)制柱，用UHPC材料澆筑柱底后澆段；然后吊裝底層預(yù)制梁，用UHPC材料澆筑底層梁柱節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)處可使用傳統(tǒng)的搭設(shè)支架和模板的方式進(jìn)行施工[8]。其中預(yù)制部分與后澆段接觸面應(yīng)設(shè)置鍵槽及粗糙面，節(jié)點(diǎn)后澆段第1次澆筑和第2次澆筑結(jié)合面應(yīng)設(shè)粗糙面，鍵槽和粗糙面的尺寸及做法應(yīng)符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JGJ 1—2014《裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。按照此順序逐次吊裝預(yù)制構(gòu)件并澆筑后澆段，最后完成封頂及其他部分施工。

預(yù)制柱及節(jié)點(diǎn)后澆段可根據(jù)實(shí)際施工條件進(jìn)行調(diào)整。預(yù)制柱可以做成“兩層一根”或者“多層一根”，節(jié)點(diǎn)后澆段施工即可一次澆筑完成，既減少了后澆段長(zhǎng)度和UHPC材料用量，提高了預(yù)制裝配率，又有效地提高了施工效率。同樣，預(yù)制梁也可做成連跨梁，節(jié)點(diǎn)處受力鋼筋貫穿即可。

3 結(jié)語(yǔ)

本文提出了目前國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)裝配式建筑結(jié)構(gòu)連接方式存在的一些問(wèn)題，基于前期試驗(yàn)研究，提出了以UHPC材料連接預(yù)制裝配式框架節(jié)點(diǎn)的新型裝配式框架體系，解決了傳統(tǒng)裝配式結(jié)構(gòu)體系存在的諸多問(wèn)題。

1）UHPC材料搭接連接的優(yōu)勢(shì)：實(shí)現(xiàn)了鋼筋短連接（搭接長(zhǎng)度為10d）、應(yīng)用范圍廣、施工簡(jiǎn)單、施工質(zhì)量檢測(cè)方便和節(jié)點(diǎn)混凝土易振搗。

2）本結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)勢(shì)：預(yù)制構(gòu)件全部為一維構(gòu)件，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度高，節(jié)點(diǎn)處鋼筋直錨，鋼筋短連接，混凝土易澆搗、易密實(shí)，施工質(zhì)量易檢測(cè)。