预制柱-叠合梁装配整体式框架节点抗火性能及设计方法研究

As an important structural form of industrialization of construction industry, precast concrete structure has a broad application prospect, in which connections is the key point. Beam-column connection in precast concrete frame has the similar problems existed in cast-in-place concrete connection under fire condition. At the same time, some special failure probability of the rebar splicing by grout filled coupling sleeve, the grout blanket and the interface between old-and-new concrete may occur. Fire behavior of the connection in precast concrete frame is still unclear which need to be solved as soon as possible for engineering practice. In this project, experimental study and theoretic analysis will be conducted to acquire the test data of the rebar splicing by grout filled coupling sleeve and the grout material under high temperature, as well as the simplified constitutive relation. Fire behavior and the failure mechanism of the superposed beam- precast column connection will be investigated considering the influence of the rebar splicing by grout filled coupling sleeve, the grout blanket, the interface between old-and-new concrete，the end restraint and concrete spalling. Simplified calculation method for fire resistance and rotational angle-bending moment will be set up based on experimental study and theoretical analysis. Research work in this project is contributed to learn the fire behavior of beam-column connection in precast concrete frame and can be a reference to the fire design. Also it can provide reference in the fire behavior investigation of other type of connections in precast concrete structure.

装配式混凝土结构是建筑产业化的主要结构形式之一，具有良好的应用前景。梁柱节点作为装配式混凝土框架结构的核心部位，在火灾高温作用下不仅会出现现浇混凝土框架节点类似的损伤情况，节点区钢筋连接、灌浆层、各部分混凝土界面还存在特有的失效可能，其耐火能力尚不清楚，是工程中一个急需解决的关键问题。本项目拟以预制柱-叠合梁装配整体式框架节点为研究对象，通过系统的试验研究和理论分析，获得灌浆料和套筒灌浆连接件高温性能试验数据，建立简化的高温下灌浆料本构关系模型和连接件荷载-位移模型。考虑套筒灌浆连接件、灌浆层、混凝土界面、构件端部约束和混凝土爆裂等关键因素，揭示预制装配式节点的高温性能和破坏机理，并最终建立节点耐火极限和高温转角-位移关系简化计算方法。项目研究将有助于全面深入地认识火灾下预制装配式节点的性能，为其抗火设计提供依据，同时可为其它装配式节点抗火研究提供借鉴。

作为建筑产业化的主要结构形式之一，装配式混凝土结构在工程项目中得到了广泛应用。梁柱节点作为装配式混凝土框架结构的核心部位，在火灾高温作用下不仅会出现现浇混凝土框架节点类似的损伤情况，节点区钢筋连接、灌浆层、各部分混凝土界面还存在失效可能。为揭示预制柱-叠合梁装配整体式框架节点的抗火性能，本项目对钢筋套筒灌浆连接、灌浆料、混凝土界面、装配式框架节点进行了系统的试验研究和理论分析。对C65型普通灌浆料和C80型高强灌浆料，进行了20℃、200℃、400℃和600℃4个温度点下单轴压缩和拉伸试验，获得了高温下灌浆料的受压（拉）破坏形态、轴心抗压（拉）强度、峰值应变、弹性模量、应力-应变全曲线，分析了其抗压（拉）强度随温度的变化规律，建立了简化的灌浆料高温应力-应变关系曲线。对20℃、200℃、400℃、600℃下12类“Z”形试件进行剪切推出试验，获得试件在不同温度下的破坏形式、抗剪承载力以及荷载-滑移曲线，分析了试验温度、界面粗糙度、界面植筋率以及后浇混凝土强度等级对先后浇混凝土界面抗剪性能的影响，建立了高温下先后浇混凝土界面抗剪强度的计算公式。进行了16mm、20mm和25mm三种钢筋直径，6个试验温度条件下共计54个钢筋灌浆套筒连接试件的高温试验，获得了试件的破坏模式及荷载-位移曲线，分析了连接的极限荷载、弹性段的粘结强度、极限强度、延性特征，通过非线性弹簧模拟分析了套筒灌浆连接的粘结锚固作用。进行了装配式混凝土中节点和边节点耐火性能试验，获得了节点的温度场分布、耐火极限和破坏特征，建立了节点热-力耦合模型，分析了梁柱线刚度比、梁端荷载比、配筋率等参数对装配式节点耐火极限的影响规律。通过本项目的研究，揭示了预制装配式框架节点在火灾下的性能，为预制装配式框架节点抗火设计提供了参考依据，为此类结构在火灾下的安全提供了保障，同时可为其它装配式节点抗火研究提供借鉴。