预制预应力混凝土梁柱节点研究进展

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发布时间：2021-09-04

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预制预应力混凝土粱柱节点研究进展
何一凡李晨光邓思华
(1．北京建筑大学，北京100044；2．北京市建筑工程研究院有限责任公司，北京100039)
[摘要】预制预应力混凝土梁柱节点由预制梁、预制柱和预应力筋组成，通过张拉预应力筋使梁柱形成共同工作的整
体。已有研究表明：装配式预应力混凝土框架节点在低周反复荷载作用下，裂缝主要出现在梁柱连接界面处，
破坏形式为梁端受压区混凝土压碎，受拉区普通钢筋或预应力钢筋屈服，节点核心区及构件本身破坏轻微，普
遍表现出变形能力强，位移延性好，耗能能力差，残余变形小，恢复性能好的特点。
【关键词】预制；预应力；框架节点；抗震性能；进展
【中图分类号】TU378．2~3 [文献标志码】 A 【文章编号】 1001—523X(2014)01—0067—06
RESEARCH PRoGRESS oF PRECAST PRESTRESSED
BEAM —CoLUM N CONNECTIoNS
[Keywords】
He Yi—fan Li Cheng—guang Deng Si—hua
Precast prestressed beam—column connections are consist of precast beam，precast column and bars，the synergistic
effect is guaranteed by tensioning bars．Current research have demonstrated that under cyclic loading，crackings
first occured around the interface of beam to column，concrete was crushed and reinforcement／bars yeled．Test resuhs
indicate that inelastic deformation concentrates near the beam— column connections，while damage of the
beam，column and joint is relative minor，and show less loop area and poor energy dissipation capability compared
with the common concrete structure．
precast；prestressed；beam—column connection；progress
在预应力混凝土框架结构中，张拉预应力筋在
混凝土截面产生的内应力，可以部分或全部抵消使
用荷载下的截面应力，延缓裂缝的出现并降低较高
荷载水平下结构的挠度，结构卸载时，裂缝可以部分
或完全闭合，结构的弹性恢复性能好。同时，预应力
混凝土结构可以充分利用预应力筋和混凝土的材料
强度，减轻结构自重。
课题名称：北京市科研成果在城市管理中的应用与转化课题
“装配式大开间框架一剪力墙结构及关键技术开
发”课题编号：Z121100007612008
北京市科研成果在城市管理中的应用与转化课题
“新型高效大直径钢筋套筒灌浆连接节点产品开发
及应用”课题编号：Z121 100007612010
收稿日期：2013～】0—15
作者简介：何一凡(1989一)，男，在读硕士，研究方向：装配式结构。
装配式混凝土结构由预制混凝土构件或部件装
配、连接而成。具有产品质量好、生产效率高的优
点。
装配式预应力混凝土框架结构，是通过张拉预
应力筋，将预制构件拼装在一起共同工作而形成的
框架结构，兼有预应力混凝土框架结构和装配式结
构的特点。梁柱节点抗震性能的研究，是装配式预
应力混凝土框架结构抗震性能研究的重点。
目前国内外研究的装配式预应力梁柱节点，根
据预制构件问连接的设计原则不同，可以分为强连
接(Strong connections)和延性连接(Ductile connec—
tions) ]。强连接的节点抗弯能力比预制构件强，节
点破坏时塑性变形出现在预制构件上(即预先设定
的塑性铰处)。采用强连接的装配式预应力梁柱节
点，符合现行抗震设计的“强节点”要求，也被称为
67
第1期何一凡，等：预制预应力混凝土粱枉节点研究进展第41卷
“等效现浇”连接 -。延性连接的节点抗弯能力比预
制构件弱，节点破坏时塑性变形通常发生在延性连
接处，而梁柱构件本身不会破坏，变形在弹性范围
内，结构恢复性能好，震后只需对连接部位进行修复
就可以继续使用，具有较好的经济性能。采用延性
连接的装配式预应力梁柱节点，符合逐渐趋于主流
的“基于性能”的抗震设计思想。
本文旨在对国内外研究的装配式预应力混凝土
梁柱节点构造形式进行总结，对比不同构造形式的
节点的抗震性能，对装配式预应力混凝土框架结构
的进一步研究进行展望。
1 混合连接节点研究
上世纪九十年代，为了开发能够在抗震区应用
的装配式混凝土结构，有两大组织对装配式预应力
混凝土结构开展了一系列的试验研究。一个是由美
国国家标准与科学技术协会(NIST)、华盛顿大学和
Charles Pankow Builders公司组成的研究团队；另一
个是由美国国家科学基金(NSF)、预制预应力混凝
土协会(PCI)和加州预制预应力混凝土制造协会
(PCMAC)资助的预制抗震结构体系(PRESSS)研究
团队。这两个组织在一系列试验和理论研究的基础
上提出了“混合连接”节点形式，预制梁柱通过普通
钢筋和无粘结预应力筋连接，形成共同工作的整
体。采用混合连接的节点，承载能力与现浇结构相
近，变形能力比现浇结构强，耗能能力差，残余变形
小，恢复能力强。
1．1 PHMRFS体系的节点研究
1987年，美国国家标准与科学技术协会(NIST)
与华盛顿大学和Charles PankoW Builders公司合作开
展了一项装配式结构抗震研究项目，开发了一种预
制混合抗弯框架结构体系PHMRFS(Precast Hybrid
Moment Resistant Frame System)。此项目分为四个阶
段。
第一阶段堤：探索阶段，进行了两个装配式后张
预应力梁柱节点及其现浇对比试件的低周反复荷载
试验，得到了装配式后张预应力梁柱节点滞回曲线，
通过对比节点的承载力、延性与耗能能力，提出装配
式预应力混凝土框架结构在抗震区的应用是可能
的。
第二阶段进行了六个装配式后张预应力梁柱
节点试验。试件应用了后张有粘结预应力筋，把后
张预应力筋位置和种类作为变量。试验表明，装配
式后张预应力梁柱节点的累积耗能和单周耗能分别
比其现浇对比试件低20％和70％；后张预应力筋在
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梁中的位置越接近梁高度一半处，节点的整体性越
好，恢复能力越强。在试验中还发现，在试验后期，
由于后张预应力筋的塑性发展，节点刚度明显降低。
第三阶段的试验应用了Priestley和Tao 提出
的装配式部分粘结后张预应力梁柱节点，试验结果
表明，这种连接方式的节点刚度大，相比现浇结构能
够承受更大的层间侧移，承载力大，耗能能力比前阶
段有所提高rs】。
第四阶段 1中对“混合”连接节点进行了试验研
究，该节点构造如图1。“混合”连接节点中包含预应
力筋和非预应力钢筋，此阶段的基本思想，是由非预
应力普通钢筋屈曲耗能，通过后张预应力筋在梁柱
界面形成摩擦抗剪所需的压力。试验变量为非预应
力筋的数量和类型。试验表明：混合连接节点在试
验中基本没有强度衰减，恢复性能好，几乎没有残余
变形，侧移能力强，耗能能力比前阶段的装配式后张
预应力框架节点强 111~
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图1 混合连接节点构造示意
卜波纹套管；2-普通钢筋；3-后张无粘结筋；4-柱纵向钢筋；5-普通
钢筋粘结长度；6-纤维混凝土
NIST的Choek等对采用混合节点的装配式预应
力混凝土框架在地震作用下的性能进行了非线性分
析。利用计算程序IDARC对一系列具有典型层高
的二维框架模型进行静力弹塑性推倒(Pushover)分析
的结果表明，含有混合节点的框架在破坏形式和抵
抗剪力方面与现浇框架相近。分析结论是含有混合
节点的装配式预应力混凝土框架具有与现浇预应力
混凝土框架相同或更好的位移延性性能和破坏模
式。
Satnton等对采用混合连接的节点进行了试验研
究，节点连接构造如图2，试验表明，构件尺寸相同的
情况下，预制结构可以达到和现浇结构相同的抗弯
能力，抗剪能力比现浇结构强；混合节点在侧移1．5％