张力滨 张洪泽
(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)
1 概述
传统建筑的连接节点延性较差，一旦发生自然灾害，无法耗散能量，难以承受较大的承载力等，造价也极高[1]。受到地震，洪灾等自然因素的影响，传统的建筑技术已经渐渐的不能满足社会生活的日常需求。与国产混凝土节点的力学性能研究相比，国外有更先进的设计方法。国外技术是通过组装预制构件来构造钢筋混凝土框架结构[2]。由于中国这方面起步较晚，技术缺乏，实验研究和理论研究都存在一定的差距。本项目的目的是研究新型框架干接缝的力学性能以及新型预制混凝土框架节点的结构与承载力分析之间的关系[3]，设计方案旨在改进装配式框架节点干式牛腿梁柱的理论体系和设计方法。
因为施工方法的不同，可将混凝土结构分为现浇混凝土结构和混凝土结构。现浇式混凝土结构因抗震性好、性能强等优点，在建筑施工中使用频率高，但是存在混凝土材料笨重、制作工序繁杂、施工周期较长的问题[4]。预制混凝土结构可以解决现浇混凝土结构施工中的问题[5]。预制混凝土结构的构件施工方法可分为两个阶段，即预制构件阶段和施工现场安装阶段[6]。20世纪60年代的时候,在工业发展较好的国家中，由于建筑物的造价比工业产品造价的增长速度要快许多，而传统的施工中一般使用的都是劳动力手段，需要花费大量的劳动力和时间，成为建筑成本高的主要因素之一[7]。随着科技的高速发展，传统的建筑施工方法和技术造就的高造价建筑物无法适应现阶段工程建筑的发展，只能濒临淘汰。为了解决建筑行业的发展问题，国内外许多的学者、科研人员等花费了大量的人力物力，在研究装配式混凝土结构。许多研究表明，混凝土结构实际上是一个很好的建筑系统，具有传统建筑结构无法比拟的许多优点。现阶段在国外发达国家已经投入使用，并且许多发展中国家也在开始使用预制混凝土技术，装配式混凝土结构为当下建筑行业的发展提供了方向[8]。装配式混凝土结构的发展在我国起步较早，我国在1950年初步对装配式混凝土结构进行了解，1970年开始真正意义上的研究[9]。尽管如此，中国对混凝土结构的研究和一些发达国家存在一定的差距[10]。装配式混凝土框架结构具有环保、施工效率高等优势[11]。但这一结构也存在无法应用于多地震地区建筑的缺陷，即节点连接处可靠性能较弱。而正是因为这些问题的存在，我国许多的研究人员正在针对装配式结构框架的连接方式进行改造，多角度对装配式框架干式连接点的受力性能进行分析，从而找到合适的结构应用于建筑工程中。
2 装配式框架的干式连接形式
2.1 牛腿连接
钢筋混凝土明牛腿连接具有承载力较大，节点刚性较好，受力可靠等优点，因此在众多的装配式钢筋混凝土多层厂房中使用颇多。但明牛腿并非在建筑施工上普遍应用，明牛腿会影响建筑的美观以及空间的使用，因此只能应用在较为普通的建筑上，如图1所示。装配施工中，根据构造细节的不同，明牛腿的作法可以是铰接连接，也可以是刚接方式。钢筋混凝土暗牛腿相较于明牛腿而言，能够使用在较美观的建筑上，能够为建筑的连接处创造较好的外形构造等条件，但无法使用在静力和动力性能的建筑设计上，所以其使用也是有限制的。如图2所示，梁的中间被划分，使得梁的一部分受到剪切。为避免其轮廓突出，需要十分的注重梁端和牛腿的配筋。型钢暗牛腿主要用于一半梁高无法承受全部梁高的剪力中，型钢暗牛腿能够减小暗牛腿的高度，增加缺口梁梁端的抗剪性能。如图3所示，在日常建筑中,利用混凝土包裹型钢再进行暗牛腿的连接，实质上与现浇的普通的配筋牛腿相似，可以直接伸到梁端的内部，也可以不用混凝土包裹，但是这种做法一般需要在施工人员检查仔细后方可灌缝，从而保证连接处侧面没有明显的接缝。
如图4所示为加拿大建筑中使用的型钢暗牛腿铰接连接方法，图5为常见型钢暗牛腿刚接连接方式，所示型钢暗牛腿能够弥补建筑中使用明牛腿而造成的建筑不美观的缺点，同时型钢暗牛腿的承载力较强，但型钢暗牛腿也存在造价高的缺点。
2.2 钢悬挂连接
钢吊架式连接制作简单，在北美洲国家使用较为广泛。其中钢轨型或者是工字型钢的牛腿使用少。为了防止梁出现扭曲的情况，可以利用偏心荷载来阻止。如图6所示，采用了外伸插销方式来避免梁出现扭曲，外伸插销置于钢吊架的下方。钢吊架式连接能够做出柱子与梁的刚性连接，但是这一方法的构造复杂，对施工的质量要求，安装精度很高，而且这种连接方式的承载力不足，故不适合承受高强度的荷载。
2.3 焊接连接
如图7所示的焊接接头缺点是容易发生脆性损伤。该方法没有明显的塑性铰设置，抗震性能较差。在反复的地震荷载作用力下则会被损坏。但采用焊接连接的方法无需后期进行养护措施，也不用在施工时现浇混凝土。因此相较而言，焊接连接的方法能够在一定程度上缩短施工的时间。施工所使用的良好的塑性铰的焊接接头是目前干式连接的未来研究方向。一般在建筑施工的时候，应该充分安排好相应构件的焊接工序以减小产生的应力。
2.4 螺栓连接
如图8所示，螺栓连接的牛腿和预制梁(铰接连接)为比利时的连接方式，采用组合式的连接，但图8a)是开放式支架连接，而图8b)为暗支架连接。比利时的连接方法可以抵抗较小的梁端弯矩和扭转。
如图9所示为螺栓连接方式，图9a)为企口连接，图9b)为螺栓连接的梁，此处可以传递剪力和弯矩，但是材料的属性将会决定承载力大小，当荷载较大时，螺栓连接较易开裂。因此这种连接方式不能长期适用，而是主要用于临时性或者修补等用途。
2.5 其他连接方法
除了上述四种干式连接方式外，还有其他的连接方式，如图10所示的连接方法，此时梁支撑于柱子上面的缺口，梁总承受竖向荷载力降低幅度不会太大，但是这样的梁柱连接方法存在对柱子的整体动力性能产生影响的弊端，柱子的缺口处抵抗剪力的能力会下降，同样所能够承受的抗弯矩也不能太大，这种梁柱连接方法大多为铰接连接，在预制装配式混凝土框架结构中应用较少。如图11所示，在实际施工中，柱顶与梁的连接并不完美。
3 结论与展望
本文采用理论，对新型装配式干式连接节点核心区承载力进行分析，主要研究了以下内容，并得出结论:
1)对钢筋混凝土暗牛腿进行受力分析，根据规范通过建立拉压杆模型方法，确定拉压杆和节点区的有效混凝土强度公式，建立平衡方程推导得到最大配筋率值，利用摩擦抗剪理论对钢筋混凝土暗牛腿抗剪承载力进行验算，确定拉压杆和节点区有效混凝土强度公式;
2)对型钢暗牛腿进行受力分析，对型钢暗牛腿承载力进行计算，先后分别研究了国内外和PCI规范中提到的三种柱中混凝土局部承压验算，并进行假定：埋入混凝土内的型钢应力连续变化，且不计翼缘对暗牛腿应力是否产生影响，推导出新的柱中混凝土局部承压验算公式;
3)进一步分析嵌入构件在动载荷作用下的受力；根据连接构件以及形成的塑性铰不同，探究更多的干式连接方法；继续深入探究连接构造的变形情况和刚度问题。
