1.3 装配式混凝土结构节点的发展
1.3.1 国外装配式混凝土结构节点的发展
装配式混凝土框架结构力学性能的关键就是预制梁、板、柱的连接，这也是与现浇混凝土结构的主要区别之一，梁、板、柱的连接性能直接影响了装配式混凝土框架结构的力学性能。大空间装配式混凝土框架结构在地震后的破坏较大，整个结构发生离散，甚至倒塌［42］，这种破坏形态都是由构件之间的连接破坏导致的，这说明装配式结构的抗震性能主要受构件连接影响，如果结构的构件连接比较薄弱，结构的抗震性能也随之降低。装配式混凝土框架节点主要有后浇整体式连接、预应力拼接、焊接连接和螺栓连接等常用的形式。节点的力学性能主要受连接形式和具体构造措施的影响。
1990年美国和日本合作开展了预制抗震结构体系研究项目(Precast Seismic Structural System Research Program)。该项目对节点的研究比较多，对装配式框架结构抗震研究起到推动发展的重要作用。该项目将装配式混凝土连接分为拉压屈服连接、库仑摩擦连接、剪切屈服连接、线弹性连接和非线性弹性连接。明尼苏达大学主要对非线性弹性连接与拉压屈服连接进行研究；得克萨斯大学主要对库仑摩擦连接和非线性弹性连接进行研究；加利福尼亚大学主要对预应力拼接节点进行研究；密歇根大学对纤维增强混凝土节点进行研究［43］。明尼苏达大学研究结果表明，非线性弹性连接节点在大变形的条件下损失仍很小，并且残余变形也小；拉压屈服连接节点的变形较大，无论强度还是刚度衰减都较大，不过耗能性能良好。得克萨斯大学研究结果表明，非线性弹性连接节点的特性随着层间变形的增大有所不同，2%以内层间变形时其残余变形、耗能都较低，但是残余刚度却很高；当层间变形超过2%以后，耗能有所增加；库仑摩擦连接节点耗能能力很大。加利福尼亚大学研究结果表明，粘结预应力拼接节点即使在大变形后仍可保持良好的节点恢复能力且预应力筋仍可保持弹性，这种节点可以减少箍筋的用量，因为由于预应力的夹持作用节点的抗剪性能大大提高［44］，并且它的强度与刚度衰减很小，恢复能力也很强，性能很好。无粘结预应力节点相对于现浇混凝土节点损伤、强度损失、残余变形、耗能都较小。在经受大变形时，节点轻微损坏，但刚度有所下降。为了给此类结构整体分析提供依据，对考虑残余变形的无粘结预应力节点滞回模型和不考虑残余变形的无粘结预应力节点滞回模型进行对比。密歇根大学研究结果表明，即使钢筋在受力过程中产生较大滑移，对其粘结强度也没有太大影响，混凝土保护层没有断裂，结构在地震中有较好的耗能能力和结构整体性［45］。在改善节点性能方面更为有效的是钢纤维聚乙烯纤维混凝土，它可以有效提高节点延性、抗剪强度，推迟破坏发生，因为这几种增强纤维均可提高钢筋与混凝土的粘结强度。在使用了增强纤维后，节点与普通混凝土节点相比较后有以下几方面改善：①节点的耗能能力增加了约350%；②变形能力增加了约30%；③强度增强了约65%；④50%节点区用量的箍筋所承受的剪力相当于3%体积含量的钢纤维混凝土承受的剪力［46］。
1993年，美国标准化技术协会 (National Institute of Standards and Technology，简称NIST)完成了一项装配式混凝土梁柱节点抗震研究项目［47］。共制作了14个节点试件，其中有预制节点10个和现浇节点4个。10个预应力节点制作时考虑的不同参数分别有粘结、非粘结、预应力筋种类和预应力筋位置。试件为1/3的缩尺模型，采用预应力拼接，并在拼接面填充纤维砂浆。试件的主要破坏位置有预应力筋屈服、梁端混凝土压碎和梁柱拼接界面开裂等。试验结果表明，裂缝宽度的影响主要来源于预应力筋的位置，而预应力筋种类和粘结或非粘结对裂缝宽度来说影响并不明显。一般来说，非粘结预应力节点的延性系数为14，而现浇节点大约为6，非粘结预应力节点远远大于现浇节点。有粘结预应力节点的耗能性也明显高于无粘结预应力节点，具体表现为在同一次加载循环内，预应力节点的耗能大约为现浇节点的30%～60%；达到破坏时的累计耗能大约为现浇节点的80%～100%［48］。
1995年，新西兰根据本国国情设计制作了多个后浇装配式混凝土框架节点进行试验研究。泌水及骨料沉降等现象对节点区上部的混凝土质量产生影响，但试件的强度、延性和耗能能力都没有降低，各节点抗震性能达到或超过相应的现浇节点［49］。根据试验和分析，Restrepo给出了这类预制节点的设计方法，并对具体构造提出了建议［50］。同年，澳大利亚也根据该国规范对框架节点进行了研究，分别对相同尺寸的带牛腿的后浇节点、不带牛腿的后浇节点、现浇节点进行对比，变化参数包括混凝土强度、钢筋强度和配筋率。试验结果表明，无牛腿的预制节点在延性与耗能方面均好于带牛腿的预制节点，而后浇整体节点的强度、耗能与延性又高于现浇节点［51］。
2002年，Alcocer对节点区构件端部钢筋搭接的平面框架节点和空间框架节点进行了对比试验，节点的强度均比相应的现浇节点的强度低，当试件变形较大时，装配节点的承载力几乎完全丧失［52］。
2006年，土耳其对现浇节点、后浇整体节点，带牛腿的焊接节点和螺栓连接节点进行了对比研究。实验结果表明，这些装配式混凝土节点的抗震性能与现浇节点的抗震性能相同，均表现良好，后浇整体节点与螺栓连接节点的层间位移角可达到3.5%，螺栓连接节点在四种节点中的性能最好，不仅有较强的强度、耗能能力，而且在施工方面更是方便快捷［53］。
1.3.2 我国装配式混凝土结构节点的发展
随着装配式混凝土结构的再次兴起，我国学者也开始对装配式混凝土结构节点的抗震性能进行研究。
2005年，赵斌等人采用足尺模型对比试验方法对现浇高强混凝土梁柱组合件、预制混凝土结构高强混凝土后浇整体式梁柱组合件和高强预制混凝土结构全装配式梁柱组合件在低周反复荷载作用下的开裂破坏形态、滞回特性、骨架曲线、强度与刚度退化特性、耗能能力、节点核心区域的剪切变形、梁端与柱端的转动变形等抗震性能指标进行了系统研究。结果表明，高强预制混凝土结构后浇整体式梁柱组合件与现浇高强混凝土结构梁柱组合件具有相同的抗震能力,全装配式预制混凝土梁柱组合件的抗震性能和主要抗震性能指标与现浇高强混凝土梁柱组合件和预制混凝土结构后浇整体式梁柱组合件存在明显的差异，并建议在实际工程应用中采取必要的措施来增加全装配式节点的耗能能力［54］。
2012年，陈适才等人为了研究高层预制装配式混凝土结构的抗震性能，并为建立该类结构装配式节点的抗震设计方法提供依据，采用足尺模型试验方法，对结构底层不同连接方式的大尺寸、高轴压预制梁-柱-叠合板装配中节点试件在低周往复荷载作用下的开裂破坏形态、滞回特性、骨架曲线、延性性能、耗能能力、拼缝的影响等性能进行了研究。结果表明，叠合板及预制梁纵筋、预制柱纵筋的连接方式对整体节点的抗震性能具有重要影响；对于预制梁纵筋锚固连接的中节点，钢筋存在滑移现象，对于预制梁纵筋贯穿连接的中节点，具有与现浇中节点相当的耗能能力与综合抗震性能［55］。
2013年，张大长等人提出了外壳核心现浇预制装配式钢筋混凝土T形边节点，并进行了两个T形节点抗震性能的低周反复试验，分析比较采用两种不同施工方法的T形边节点的破坏形态、滞回特性、位移延性、能量耗散、刚度退化等抗震性能。研究表明，新型装配式T形节点与RC现浇T形节点相似，具有良好的整体性和抗震性能，可以满足RC框架结构的抗震设计要求［56］。
刘昌永等人为解决钢柱或组合柱与钢筋混凝土梁连接节点构造复杂、施工难度大等问题，提出了两种端部带工字钢接头的预制装配式钢筋混凝土梁，并分别对两种新型梁及一个普通钢筋混凝土对比梁试件进行了受弯性能足尺试验。研究结果表明，在三分点集中荷载作用下，三个试件的变形性能和破坏形态基本一致，两种新型梁的开裂弯矩和极限弯矩与规范计算结果吻合良好，说明可按现行混凝土结构设计规范进行梁体的受弯承载力设计；钢接头和混凝土梁体之间几乎没有滑移，且钢接头在整个加载过程中处于弹性受力状态［57］。