帶有施工縫鋼筋混凝土框架柱抗震性能試驗研究

閻西康，張英來，陳 培

（1.河北工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，天津 300401；2.河北省土木工程技術(shù)研究中心，天津 300401）

0 引言

近年來，隨著居民對住宅質(zhì)量要求的提高，房屋的安全性能得到了更多的關(guān)注.“5.12”大地震造成巨大的損失，使得房屋的抗震性能越來越引起人們的重視.通過對災(zāi)區(qū)房屋安全性評估和震損情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)大量框架結(jié)構(gòu)建筑的倒塌有共同的現(xiàn)象：框架柱大多數(shù)在柱頂部出現(xiàn)破壞，尤其在與框架梁交接處的節(jié)點下部破壞更為突出.這一位置通常留設(shè)施工縫，施工規(guī)范對施工縫位置的處理有要求，但是實際施工中有很多施工單位不嚴(yán)格施工，由此造成的影響對框架柱抗震性能的影響需要試驗研究.

本文通過對6根帶有施工縫的試件和3根整澆試件進(jìn)行低周反復(fù)試驗，對其抗震性能進(jìn)行研究，以期確定施工縫及其處理方法對框架柱柱端破壞的影響.

1 試驗概況

1.1 試件準(zhǔn)備

試件的長度為1 800mm，截面尺寸為150mm×150 mm，采用臥位試驗.試件中部設(shè)有截面尺寸為200mm×150mm的加荷牛腿，見圖1.試件混凝土強(qiáng)度等級為C30.試件縱筋和箍筋表面對稱粘貼應(yīng)變片.

共澆筑了9根試件（見表1），其中3根整澆試件作為對比試件，其他6根試件分2種方法留設(shè)施工縫（位置見圖2）.方法1是按照規(guī)范要求處理：去除浮漿和松動石子，清洗干凈，充分濕潤，鋪一層10 mm厚水泥砂漿，記為工況1；方法2是去除浮漿和松動石子，清洗干凈，充分濕潤，直接澆注上部混凝土，記為工況2.試驗澆筑完畢后，在正常條件下養(yǎng)護(hù)28 d.

1.2 試驗裝置

采用低周反復(fù)加載試驗方法[2]，試驗加載裝置如圖2所示.

試件用長螺桿固定在試驗臺座上，以保證試驗過程中端部不發(fā)生上下位移和側(cè)移.試件端部安裝滑動鉸支座用以模擬框架柱反彎點位置的受力狀況.由于本實驗是臥位試驗，試驗時要消除重力對試驗過程的影響.

表1 試件編號Tab.1 Serialnumber of specimens

圖2 試驗裝置示意圖Fig.2 Sketchmap of experimentequiment

2 試驗結(jié)果分析

2.1 滯回曲線[3]

各試件滯回曲線見圖3.

從滯回曲線中可以看出，滯回曲線在屈服前都呈線性，剛度退化不明顯，殘余變形很小.

隨著反復(fù)荷載作用在試件上，試件逐漸屈服，試件的位移—荷載曲線逐漸表現(xiàn)出非線性，剛度退化和殘余變形變大，9根試件的滯回曲線有了不同.

整澆試件Z1、Z4、Z7的滯回環(huán)形狀呈現(xiàn)反S形，反復(fù)荷載次數(shù)較多，塑性強(qiáng)，剛度退化不明顯，說明試驗裝置能夠較好的模擬框架節(jié)點的受力情況，其滯回曲線反映了框架節(jié)點位置抗震性能.

工況1處理的試件Z2、Z5滯回環(huán)形狀接近Z形，有一定的“捏縮”效應(yīng)，Z8的滯回環(huán)形狀飽滿程度較Z2和Z5強(qiáng)，呈現(xiàn)反S形，耗能能力較強(qiáng).反復(fù)荷載次數(shù)較多，塑性較強(qiáng).工況1試件滯回環(huán)反映的的耗能能力相對于同軸壓比的整澆試件較差.工況2處理的試件Z3，Z6的滯回曲線較大程度的“捏縮”效應(yīng)，呈現(xiàn)Z形，剛度退化明顯，滯回環(huán)面積小，耗能能力最差.反復(fù)荷載施加次數(shù)少，塑性較差.Z9的滯回環(huán)形狀呈現(xiàn)反S形，剛度退化不是太明顯，耗能能力稍強(qiáng).反復(fù)荷載施加次數(shù)較多，塑性較強(qiáng).

在中低軸壓比下，工況1試件的滯回曲線好于工況2試件，耗能能力和塑性變形能力強(qiáng)，和整澆試件的抗震性能相差不大；在高軸壓比下，整澆試件、工況1試件和工況2試件的滯回曲線相差不大，耗能能力和塑性變形能力增強(qiáng).

2.2 位移延性

根據(jù)繪制的骨架曲線用R.Park法求位移延性的算法[4]，計算試件的位移延性系數(shù)，計算結(jié)果見表2.

一般認(rèn)為鋼筋混凝土抗震結(jié)構(gòu)要求的延性比3～5[5]，表2中9根試件全部達(dá)到了延性要求.通過對相同處理方法試件的對比發(fā)現(xiàn)，隨著軸壓比增大，試件的延性減小.在中低軸壓比時，有施工縫試件延性系數(shù)小于整澆試件，按工況1處理的試件延性性能好于按工況2處理的試件延性性能；在高軸壓比下，工況1和工況2試件同整澆試件間的延性性能相差不大.

圖3 試件滯回曲線Fig.3 Hysteresis curveof specimens

表2 位移延性系數(shù)計算結(jié)果Tab.2 The calculation resultsof disp lacementductility ratio

2.3 峰值荷載對比

將整澆試件、施工縫不同處理方法的試件的峰值荷載對比，可得表3.有施工縫的試件峰值荷載比整澆試件低，工況1試件的峰值荷載比工況2試件大.這說明施工縫的存在影響了試件的峰值荷載，對有施工縫試件按工況1處理的峰值荷載比按工況2處理大.

2.4 耗能能力

試件的耗能能力可以用粘滯阻尼系數(shù)來衡量[6].通常情況下用位移—耗能曲線[7]反映試件隨著反復(fù)荷載的作用而不斷累積消耗的能量，試件位移—耗能曲線見圖4.

圖4中試件的累計耗能隨著反復(fù)荷載的作用不斷增加，同級位移作用下試件的耗能幅度逐漸減少.軸壓比為0.23的試件Z1、Z2耗能能力最強(qiáng)，Z3的耗能能力最差，而且 Z1、Z2相差不大，和 Z3差距較大.軸壓比為0.34的試件，Z5耗能能力最強(qiáng)，Z4次之，Z6的耗能能力最差，但 Z5、Z4和 Z6差距減小.軸壓比為0.46的試件，Z7、Z8、Z9之間耗能能力差距不大.通過對比發(fā)現(xiàn)，隨著軸壓比從低到高變化，同軸壓比工況2試件和整澆試件的差距越來越小，高軸壓比時，甚至超過了整澆試件；而工況1的軸壓比和整澆試件一直相差不大.

表3 試件與整澆試件峰值荷載比值Tab.3 The ratio of specimens to integralcasting for specimens peak load

3 結(jié)論

1）對施工縫采用不同的處理方法對框架柱的抗震性能影響較大.按工況1處理施工縫與整澆試件的抗震性能接近，甚至超過整澆試件；按工況2處理低于整澆試件的抗震性能.工況2處理的試件抗震性能不如按工況1處理的試件.

2）軸壓比的大小在一定條件下影響了試件的抗震性能.在低軸壓比時，有施工縫的試件的抗震性能低于整澆試件，工況1的試件的抗震性能高于工況2.隨著軸壓比的增大，工況2的試件抗震性能同整澆試件差距越來越小.高軸壓比下試件間抗震性能差別不大，有施工縫的抗震性能甚至好過整澆試件.但施工縫影響抗震性能的軸壓比臨界值還需進(jìn)一步的試驗研究.

3）由于試件的軸壓比、施工縫的設(shè)置和處理方法能夠在一定條件下影響柱端的抗震性能，因此在中低軸壓比下應(yīng)該對框架柱留置的施工縫按規(guī)范進(jìn)行嚴(yán)格處理，在高軸壓比下可以不對施工縫進(jìn)行嚴(yán)格處理.

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