353基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法.pdf
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1、基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法-1-基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法工法工法工法 广州一建建设集团有限公司 凌文轩 张健 刘智东 吴昊 韩靖 林炜皓 黄荣就 张劲伟 1.前言前言前言前言 近年来,预制装配式结构逐渐成为了建筑业发展的重要方向。在装配式建筑中,各个构件之间是通过节点连接而成,因此选择一个恰当的连接方式不仅能使施工更加快速便捷,更是对其整体结构安全性起着至关重要的影响。其中,梁节点是装配式抗震性能研究的重点与难点。因此,本研究结合次梁的受
2、力特点在满足高抗震性能的前提下,将主次梁节点处的钢筋优化为90度弯折锚固,形成一种新型主次梁节点连接方式,并成功应用在广州华南理工大学B地块的装配式结构施工中,取得了显著的社会效益和经济效益,可为类似装配式项目中的主次梁连接方式提供参考。2.工工工工法特点法特点法特点法特点 2.1 施工过程无需使用水平套筒灌浆或钢结构连接,易于操作,对施工人员的专业素养要求较低,施工速度快工期较短,预制梁构件中主次梁节点处的接头钢筋于现场安装而非预制,提高了运输过程中的便利性。2.2 将现浇段设于次梁梁端而不是主次梁相交处,一方面利用了梁端受压的力学特征,另一方面又确保了预制主梁的完整性,将主次梁钢筋搭接段优
3、化为90 度弯折锚固,节点牢靠,其连接性能等同于现浇结构的效果,抗震性能优于一般铰接接头,适用于高抗震等级的建筑。2.3 现浇段长度仅为 400mm,在满足抗震性能的同时大幅度地提高了梁构件的预制率。3.适用范围适用范围适用范围适用范围 本工法适用于各类装配式建筑中主次梁节点的连接。4.工艺原理工艺原理工艺原理工艺原理 4.1 技术说明 该建筑设计要求结构抗震等级达到一级标准接,即采用后浇节点。图梁为完整预制构件,主梁构件的侧面预留了两个连接端面用于安装接头钢筋头钢筋于一楼平面通过螺纹套筒做现场安装钢筋弯折机做弯折,水平搭接长度为将节点现浇段设于预制次梁端部节点连接处的抗剪强度,需水平套筒灌浆
4、连接或钢结构连接高抗震等级的建筑。基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工-2-该建筑设计要求结构抗震等级达到一级标准,主次梁连接节点应设置成刚图 4.1.1 和图 4.1.2 分别为预制主,次梁的构件图主梁构件的侧面预留了两个连接端面用于安装接头钢筋头钢筋于一楼平面通过螺纹套筒做现场安装,90 度弯折段待安装好后水平搭接长度为 370mm。利用梁支座处受压这一力学特征将节点现浇段设于预制次梁端部 400mm 范围内。既能提高梁的预制率又满足了其连接性能等同于现浇结构的效果。节点连接牢靠需水平套筒灌浆连接或钢结构连接,且抗震性能优于一般铰接连接接头图 4.1.1 预制主梁构件图 基于高抗震性能
5、要求的装配式主次梁节点施工工法 主次梁连接节点应设置成刚次梁的构件图,预制主主梁构件的侧面预留了两个连接端面用于安装接头钢筋,接度弯折段待安装好后再用液压利用梁支座处受压这一力学特征,既能提高梁的预制率又满足了节点连接牢靠,无且抗震性能优于一般铰接连接接头,适用于 图 4.1.4.2 相较于常规装配式主次梁现浇节点做法的施工工艺之比对图 4.2.1 为一种常规的装配式主次梁接头做法处,此时节点位于主梁的受拉区现浇节点位于次梁的受压区域筋要求更低,更偏保守,少预制与现浇之间的界面问题性能更强。基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工-3-4.1.2 预制次梁构件及主次梁节点图 相较于常规装配式主
6、次梁现浇节点做法的施工工艺之比对为一种常规的装配式主次梁接头做法,其现浇区域位于主次梁相交此时节点位于主梁的受拉区。相较之下,本工法的现浇段位于次梁梁端现浇节点位于次梁的受压区域,充分利用混凝土的受压性能。该受力条件下对钢且本工法中主梁皆为完整的预制构件,整体性更好少预制与现浇之间的界面问题,避免在主梁的现浇节点中产生弱面的问题(a)端部节点 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法 相较于常规装配式主次梁现浇节点做法的施工工艺之比对 其现浇区域位于主次梁相交现浇段位于次梁梁端,即该受力条件下对钢整体性更好,减避免在主梁的现浇节点中产生弱面的问题,抗震 图 4.2.1 常规主次梁连接节点做
7、法示意图如图 4.2.2 所示,示意图,这种做法的次梁梁底纵向钢筋采用水平套筒灌浆连接(1),(2)和(3)浇长度需大于等于 1586.25mm中利用梁支座处受压这一力学特征通过上部受压钢筋连续贯通接形式,使得现浇段长度仅为过程中无需使用到水平套筒做灌浆连接图 4.2.2常规主次梁连接节点做法示意图基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工-4-(b)中部节点 常规主次梁连接节点做法示意图(主次梁相交处设后浇段为装配式主次梁节点常规做法中次梁端设现浇段的做法这种做法的次梁梁底纵向钢筋采用水平套筒灌浆连接可知,若将该常规做法应用于本项目,则次梁端部的现1586.25mm。相较之下,本工法所提出的新
8、型主次梁接头中利用梁支座处受压这一力学特征,改进预制主梁和预制次梁的连接方式通过上部受压钢筋连续贯通、下部钢筋弯折锚固和现浇混凝土构使得现浇段长度仅为 400mm,降低为传统做法的四分之一过程中无需使用到水平套筒做灌浆连接,比起常规做法施工更加简单快捷常规主次梁连接节点做法示意图(次梁端设后浇段基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法 主次梁相交处设后浇段)为装配式主次梁节点常规做法中次梁端设现浇段的做法这种做法的次梁梁底纵向钢筋采用水平套筒灌浆连接。由下列公式则次梁端部的现所提出的新型主次梁接头改进预制主梁和预制次梁的连接方式,下部钢筋弯折锚固和现浇混凝土构成的节点连降低为传统做法的四分
9、之一,且施工比起常规做法施工更加简单快捷。次梁端设后浇段)基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法-5-mmllh25.1586102301=+(1)mmlllaEa25.13284.1E11=(2):纵向钢筋搭接长度修正系数:抗震锚固长度 mmdllabE75.9483315.1aEa=(3):抗震锚固长度修正系数:受拉钢筋基本锚固长度 4.3 相较于传统现浇建筑中主次梁节点抗震性能之比对 滞回曲线是结构在循环反复荷载作用下的力与变形的曲线,在结构构件弹塑性分析中起着至关重要的参考作用,可为梁构件的抗震性能提供有力依据。为探讨本施工工艺中预制主次梁节点与整体现浇式节点抗震性能的差异,基于
10、大型有限元分析软体 ABAQUS 分别建立了如错误错误错误错误!未找到引用源未找到引用源未找到引用源未找到引用源。所示的新型装配式主次梁接头与图 4.3.2 所示的现浇主次梁节点,于次梁末端进行往复位移的加载试验,如图 4.3.3 中箭头示意位置。图 4.3.4 为加载的位移历时图。最后通过比对两者节点处的滞回曲线从而对其抗震性能做出研判。图 4.3.5 和图 4.3.6 分别为预制装配式端节点和现浇式端节点的滞回曲线,由图可见:(1)随着位移荷载的不断增加,试件所包围的面积也在增加,表明梁构件的耗能随着位移荷载的增加而增大。(2)随着往复位移回合数的增加和每回合内位移的增加使得构件的承载力相
11、比初期阶段有明显的下降趋势,这是因为钢筋混凝土次梁在往复荷载的作用下导致刚度降低,承载力下降,于是构件开始趋向破坏。(3)通过比对预制装配式端节点和现浇式端节点的滞回曲线,发现:滞回曲线的特征基本相似,可认为两者有着相似的耗能能力以及抗震效果。综上所述,本装配式施工工艺中主次梁节点的抗震性能等同于整体现浇式节点。1EalaEabl图 4.3.图基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工-6-4.3.1新型装配式主次梁接头钢筋笼模型示意图 图 4.3.2 现浇主次梁节点钢筋笼模型示意图 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工-7-图 4.3.3 有限
12、元模型示意图 图 4.3.4加载位移历时曲线 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法 图图基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工-8-图 4.3.5预制装配式端节点滞回曲线 图 4.3.6整体现浇式端节点滞回曲线 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法 5.工艺流程及操作要点工艺流程及操作要点工艺流程及操作要点工艺流程及操作要点 5.1 工艺流程 5.2 操作要点(1)支撑搭设 预制梁安装前,因根据构件的重量和步距的支撑架从而为防止在施工过程中由于梁构件发生过大挠度变形导致的构件损坏。为避免支撑搭设过程中支撑位置偏差引起的应力集中图5.2.1所示,本项目采用联排式而非独立支撑体性
13、降低因受力不均而对支撑以及构件造成不利影响的可能支撑搭设 拆除模板支撑 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工-9-图 5.1.1 施工工艺流程图 图 5.1.2 主次梁连接工序 图 5.1.3 主次梁节点现场照片 因根据构件的重量,尺寸,标高等参数在梁底设置合理间距和步距的支撑架从而为防止在施工过程中由于梁构件发生过大挠度变形导致的为避免支撑搭设过程中支撑位置偏差引起的应力集中,本项目采用联排式而非独立支撑,从而提高支撑与支撑之间的整体性降低因受力不均而对支撑以及构件造成不利影响的可能。梁端对中固定 浇筑混凝土 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法 标高等参数在梁底设置合理间距和步
14、距的支撑架从而为防止在施工过程中由于梁构件发生过大挠度变形导致的,如图5.2.1和从而提高支撑与支撑之间的整预制梁吊装 支撑绑扎钢筋 基于高抗震性能要求的装配式主次梁节点施工工法-10-图5.2.1支撑搭设现场照片(一)图5.2.2支撑搭设现场照片(二)(2)预制梁吊装 吊装前因根据梁构件的重量,长度以及安放位置等因素合理选择起重吊装机械。起重吊点因于构件上设置的吊点一致,不得直接在构件钢筋上进行施吊,如图 5.2.3 所示,吊装时钢丝绳与构件夹角不小于 45,若现场无法满足夹角要求时应设置吊装扁担。图 5.2.4、图 5.2.5 和图 5.2.6 为预制梁构件吊装现场照片。图5.2.3 构件
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