1、试件结构设计

以某现浇框架结构栓接梁柱的节点为例，对节点连接形式的抗震性能进行试验，遵循相应原则，确保新型节点承载力理论计算结果和试验结果相一致，提升结构稳定性。

某现浇结构为3层两跨结构，底层层高4cm，2~3层层高为3cm。预制构件强度为C30预拌混凝土，预制构件连接处采用C35混凝土二次浇筑。采用HRB400钢筋，箍筋为HPB300钢筋,型钢装配节点为Q235，螺栓为M16高强螺栓。

1.1 节点制作

装配式栓接梁柱节点预制构件的制作过程较为复杂，首先制作预制梁，将梁端部钢板和梁纵筋焊接处理，将钢板和工字钢焊接处理，现浇混凝土。其次，制作预制柱，在节点核心区域预埋工字钢，现浇混凝土。再次，装配预制柱和预制梁，确保腹板处的钢板，螺栓和工字钢连接在一起。最后，连接处敷设箍筋，建立定型模具二次浇筑混凝土。

1.2 强度计算

新型节点的工字钢梁截面中包括Q235-B钢材,腹板400mmx8mm，翼缘板2x180mmx12mm。通过截面拼接，采用高强度螺栓摩擦型连接。现浇模型同位置节点PKPM 计算内力值，以此来确定高强度螺栓抗剪承载；腹板拼接设计，翼缘板拼接，并且计算拼接板强度和梁截面强度，满足相关技术要求。

2、抗震性能试验

通过对节点反复加载试验，模拟地震水平反复荷载作用下的节点受力性，与现浇节点对比分析，了解预制节点受力特点，并对装配式节点和现浇节点抗震性能对比分析，包括刚度、强度、耗能和延性等。试验中所使用的加载装置，可以采用10000kN大型多功能试验机系统，数据采集系统则迭择1MP分散式数据采集器。

2.1 试件设计、加载和测量方案

采用框架梁柱底层中节点为试验时间，梁端为可平动铰接装置，柱顶为可转动及平动的铰接装置。加载可以分为水平加载和竖向加载，试验前进行预加载处理，达到80%的竖向荷载后，卸载到0。

根据柱竖向荷载采用千斤顶，将竖向荷载增加到868.5kN，保持竖向荷载力水平恒定。水平作动器对柱顶持续增加水平荷载，采用全程位移控制法。

在弹性阶段，反复加载，级差控制在10mm左右，加载进行反复循环，达到屈服应变后进入塑性阶段，水平位移为Q。进入到塑性阶段后，根据级差反复加载试验，最大荷载达到80%后停止试验。

2.2 试验结果分析

2.2.1 现浇节点

施加竖向荷载后，并未出现裂缝，可以持续进行水平加载。节点产生第1条裂缝后，伴随着位移不断推移增加，两端裂缝逐渐朝着两侧扩展，梁根底部裂缝数量快速增加，节点核心区域并未出现明显的裂缝。

位移持续增加到25mm时，梁纵筋逐渐得到屈服应变状态，改变原有的位移加载模式，将级差控制在25mm左右持续加载试验，每级循环3次，梁竖向裂缝逐渐朝着梁端方向扩展，裂缝的间距随之减少，但裂缝密度随之增加。

位移加载到40mm后，节点核心区域逐渐出现1条斜裂缝，梁端裂缝更加成分的向四周扩散，通常以竖直方向为主，水平承载力随着裂缝的持续发展随之下降。

位移加载到50mm，梁端受力较大，裂缝较为密集，混凝土逐渐脱落。如果位移持续增加达到75mm后,梁柱节点交界处混凝土大面积脱落，破坏节点。

2.2.2 型钢栓接节点

正方向荷载持续加载到20kN后，梁截面开始出现1条裂缝，荷载加载到35kN后，梁截面的裂缝数量随之增加，同时主界面也会出现受弯裂缝，梁一侧后浇段后浇段斜裂缝和受弯裂缝随之延伸发展，达到核心区域后，在受拉梁筋侧将会出现斜裂缝，加载停止后，竖向荷载力逐渐卸载，出现的梁后浇段斜裂缝和受弯裂缝和不会闭合。进入到位移加载阶段后，将级差控制在30mm时进行加载，梁截面受弯裂缝随之发展，核心区域沿对角线出现主斜裂缝。在第3循环时，梁受压区产生沿轴向受压裂缝。

如果持续加载到60mm后，核心区域将会出现新的斜裂缝，原有梁柱受弯缝裂缝随之变宽，而沿着轴向的受压裂缝持续延伸；第3循环后，梁拼装钢板外侧混凝土保护层受弯作用力影响，混凝土大面积脱落，斜裂缝延伸逐渐停止，卸载后随之闭合。

位移持续加载到90mm时，伴随着位移增加，荷载随之升高，但是发展趋势极为缓慢，拼装区域出现受弯破坏，承载力相对较低，但保护层厚度较小，承载力下降趋势并不明显。由于节点破坏后，梁端被破坏，节点核心区域产生了一系列斜裂缝，也正是由于梁端弯曲被破坏，会在节点区域发展少量的斜裂缝。

由此可以了解到，弹性变形范围较大，残余变形较小，可以获得较为可观的性能。

3、装配式梁柱节点设计方法

3.1 装配式节点设计

3.11 连接钢筋直径

连接钢筋设计中，对于钢筋直径的确定，将直接影响都连接钢筋后续搭接长度和开槽等设计。由于连接钢筋直径较大，连接钢筋搭接长度随之增加，如果钢筋直径较小，钢筋数量将会随之增加，这样后续连接区域钢筋布设密度过高。通常情况下，连接钢筋直径应该保证在在12-20mm范围内，选择的连接钢筋直径为16mm，18mm。在具体设计中，方案设计阶段结合具体跨高比和高宽比来确定梁截面尺寸。通过大量的实践证明可以了解到，钢筋净距离较小，钢筋锚固强度随之下降。

3.1.2 连接钢筋弯钩设计

结合混凝土结构设计相关规范，主要表现为90°弯钩和135°弯钩2种。

通过国内外的研究实践可以了解到，弯钩弯起部分钢筋可以满足构造要求。对于弯起部分曲率半径， 钢筋周围混凝土受到束缚，弯起钢筋弯起曲率对弯钩锚固性能并不会产生严重的影响。

结合施工具体需求，为了有效避免过小的弯起曲率导致弯起处应力集中，根据混凝土设计规范确定连接钢筋弯钩弯起曲率。

3.2 键槽设计

3.2.1 键槽尺寸

应该确定键槽尺寸，包括键槽长度和键槽壁厚。其中键槽长度则是连接钢筋施工时的工作长度,所以键槽长度需要立足实际情况, 通过计算获得锚固长度后进行施工操作确定的工作长度，通常情况下，工作长度在50~100mm范围内。根据50mm来确定键槽长度。键槽两侧壁厚，在现场浇筑时尽可能降低支模工作量，预制钢模，促使木模使用量随之减少。

需要注意的是，在壁厚设计中，需要综合考量箍筋保护层厚度，确保运输中薄壁完整性，壁厚为3倍箍筋直径，在25mm以上。在具体设计中，梁宽减小，薄壁无法满足钢筋间距技术要求。

3.2.2 键槽后浇基体材料

通过大量的实践表明，伴随着混凝土抗压强度增加，钢筋粘结强度随之增加。故应在后浇连接区域应用高强度混凝土，有助于钢筋锚固。

作为1种高延性新型建筑材料，在实践应用中将其应用到框架结构中，可以大幅提升构件抗震性能。采用高强度等级水泥，与钢筋粘结性能较为可观，可超过一般混凝土。后浇区域使用ECC，抗压强度较后浇高强度等级将混凝土强度而言更低，抗震性能随之提升。故此，装配式试件后浇连接区域应该选择ECC新型建筑材料。

4、装配式框架抗震设计建议

4.1 框架结构耗能机制

在装配式框架抗震设计中，应该遵循相应抗震设计原则，即小震不坏、中震可修、大震不倒原则，提升建筑结构稳定性，避免出现严重倒塌事故。为了确保框架结构具备较强的变形能力和强度，大震下不会发生严重的结构倒塌，建立完善的框架结构耗能机制有助于提升结构安全性和稳定性。

受到梁铰机制水平荷载作用影响，保证梁柱弹塑性状态.水平荷载持续增加，水平位移随之增加。柱铰机制和梁铰机制是完全相反的，屈服于梁截面后，通过柱铰转动支持下增加框架水平位移。

由于柱轴力带来的影响，柱铰转动能力要远远弱于梁铰，为了可以实现视屏位移，通常情况下结构薄弱层上下柱会同时出现柱铰形成机构，框架倒塌。如果框架结构的柱铰机制被破坏，在薄弱层并未完全进入屈服状态，属于部分耗能状态，导致抗震能力处于较低水平。梁铰机制和混合机制具有一定自由度，无论是塑性铰机制还是故梁铰机制均属于总体耗能机制。

由于位移变化较为均匀，可以充分发挥层梁耗能作用，柱端截面延性要求处于较低水平。依靠柱铰和梁铰耗散能力，基础上形成的混合机制由于延性铰高，受到轴压力带来的影响，混合机制总体能力较差。

4.2 装配式节点施工对策

为了便于后续施工活动有序开展，应该立足实际情况寻求合理对策进行实践。装配期间，连接钢筋需要传入梁槽内锚固，随之操作空间减小，为了便于槽内固定连接钢筋，可以将封闭箍筋拆除，连接钢筋固定后将箍筋恢复原有状态。但是，这样会增加工作量，可以不带浇筑键槽壁，现场拼装后完成支模浇筑工作。

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知识点：新型装配式栓接梁柱节点抗震性能分析

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