专家解读长安大学赵均海教授为您解读装配式复式钢管混凝土框架-梁端连接剪力墙结构体系研发及抗震性能

复式钢管混凝土源自于钢管混凝土，通过双层钢管从内外两个方向约束钢管内混凝土，可以更好地改善内填混凝土力学性能，有利于结构抗震。目前工程中钢管混凝土结构中柱-柱拼接常采用焊接，梁柱连接大多采用栓焊连接（图1），涉及大量高空焊接作业和现场湿作业，施工工序较繁琐、工业化程度相对较低。为此，课题团队在国家自然科学基金和陕西省重点研发计划等项目的资助下，自主研发了装配式复式钢管混凝土框架-梁端连接剪力墙结构体系，针对该体系建造技术、抗震试验、设计方法等关键问题展开了系统研究。

传统建造技术的特点：

1）现场施工涉及大量的焊接作业、湿作业和定位对中、垂直度矫正等，工序较繁琐；

2）焊接大多是高空作业，对工人技术要求高且存在一定的施工安全风险；

3）施工工种较多，对现场施工场地要求高，各工种间协调施工要求高；

4）现场湿作业对场地和设备要求高，人力成本和工程造价相对较高。

研发需要解决的核心问题：

1）减少现场施工量，将现场难操作的焊接和湿作业转交于工厂，从而实现施工现场的快速建造；

2）实现各关键节点的装配式连接并保障其安全性，既方便现场装配、实现标准化模块化生产，又安全可靠。

2.1.1 研发思路

1）将复式钢管混凝土结构体系划分成柱模块、梁模块、剪力墙模块和楼板模块；

2）各模块均可在工厂预制生产，均可模块化设计，养护后运输到现场装配式安装；

3）各模块安装后可为下一步安装的模块提供支撑，从而减少施工现场临时支撑的加设，以及室外施工的工作量。

2.1.2 装配式拼接方法

1）柱-柱连接。 具体连接方法见图2。其优点是： 实现全螺栓连接，减少现场焊接和湿作业工作，现场仅需螺栓安装和极少量的灌浆工序，工序简便； 下层柱连接板为上层柱提供支撑、T形连接件为U形钢提供支撑，省除现场连接所需的临时支撑； 所有连接均可作为结构受力的一部分。

2）梁-柱加强装配式连接。 具体连接方法见图3。其 优点是：全螺栓连接可有效降低对接焊缝带来的施工难度和工作量，并免除框架梁定位、固定和支承工序； 通过端板和加强块，实现对节点核心区的约束，强化梁柱连接处，提高节点抗震性能。

3）框架-梁端连接剪力墙连接。 具体连接方法见图4。其优点是： 剪力墙可在工厂预制后运至现场装配安装，施工简便快捷，装配化程度高； 连接简便且可逆向施工，可根据结构设计需求进行更换和修复，也可根据建筑设计需求二次变更，灵活度高，适应性强。

共完成3榀框架和6榀1:2缩尺框架-剪力墙结构低周往复荷载试验，结构模型建造过程见图5，柱装配式拼接示意见图6，试验加载装置见图7，试件参数见表1和表2。

三榀框架荷载-位移曲线如图10所示。三榀框架试件的滞回曲线均较饱满，初始抗侧刚度相近。与传统栓焊梁柱连接的试件TBF相比，加强装配式梁柱节点不仅可提高框架极限承载力和变形能力，还可改善结构延性，是一种抗震性能较好的节点连接方式；所提柱-柱装配式拼接方法在层间位移角小于4%前几乎不影响结构的变形、承载力和耗能能力，性能稳定，技术可靠。

六榀框架-梁端连接剪力墙的骨架曲线对比如图11所示。BSW可以有效地提高FPBF框架的抗侧刚度、屈服荷载、极限荷载和延性，增大幅度与BSW个数近似成正比例关系；布设多片BRW可以使结构承载力分阶段退化，BRW交替承载损伤有助于提高结构延性，可成为结构第一道抗震防线；BCW可大幅提高结构承载力和刚度，但延性略有下降，BCW承载力可达BSW和BRW之和的90%左右，尽管有所削弱，但仍具有较稳定的承载能力和对框架的提高作用，可用于对承载力要求较高的CFDST框架中。