性能增強(qiáng)再生混凝土框架中節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)

楊 濤，王社良,劉 偉

(西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055)

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性能增強(qiáng)再生混凝土框架中節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)

楊 濤，王社良?,劉 偉

(西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，陜西 西安 710055)

為提高再生混凝土框架結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)的抗震性能，利用微硅粉和混雜纖維對(duì)再生混凝土進(jìn)行性能增強(qiáng)，對(duì)4根相同軸壓比、配筋率和再生骨料取代率條件下，不同微硅粉和混雜纖維摻量的框架柱中節(jié)點(diǎn)進(jìn)行低周反復(fù)荷載下的抗震性能試驗(yàn)，對(duì)比研究普通再生混凝土與性能增強(qiáng)再生混凝土的破壞形態(tài)、滯回特性、延性性能、耗能特性以及變形特點(diǎn)等問(wèn)題.試驗(yàn)結(jié)果表明：性能增強(qiáng)再生混凝土節(jié)點(diǎn)破壞過(guò)程均經(jīng)歷了初裂、通裂、極限和破壞四個(gè)特征階段；在破壞形態(tài)、滯回曲線(xiàn)、延性性能、節(jié)點(diǎn)變形及耗能特性方面，性能增強(qiáng)再生混凝土均優(yōu)于普通再生混凝土，尤其在破壞形態(tài)和延性方面表現(xiàn)突出；微硅粉和混雜纖維含量的提高，性能增強(qiáng)效果有下降趨勢(shì)；經(jīng)微硅粉和混雜纖維性能增強(qiáng)再生混凝土節(jié)點(diǎn)抗震性能明顯提高，可在有抗震設(shè)防要求地區(qū)的結(jié)構(gòu)中使用.

性能增強(qiáng)再生混凝土；框架中節(jié)點(diǎn)；抗震性能；微硅粉；混雜纖維；低周反復(fù)荷載

伴隨著建筑業(yè)的篷勃發(fā)展，建筑垃圾造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染,大量寶貴的土地資源被占用，為了緩解這種資源與環(huán)境的矛盾，再生混凝土的開(kāi)發(fā)利用成為了熱點(diǎn)研究問(wèn)題[1].再生骨料(recycled aggregate, RA)是由廢棄混凝土經(jīng)過(guò)清洗、破碎、篩分等工序加工而成，將其部分或全部替換天然骨料制成再生混凝土[2].目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)再生混凝土材料性能和構(gòu)件力學(xué)性能做了大量研究，針對(duì)再生混凝土框架節(jié)點(diǎn)的報(bào)道較少[3-5].Corinaldesi V等[6]進(jìn)行了低周反復(fù)荷載下再生混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能試驗(yàn)；周點(diǎn)龍等[7]在RAC中摻入粉煤灰進(jìn)行了兩榀框架邊節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，結(jié)果表明：粉煤灰對(duì)節(jié)點(diǎn)破壞形態(tài)、承載能力、延性指標(biāo)和耗能能力影響較小，但可改善再生混凝土的抗碳化和抗凍融性等；柳炳康等[8]研究表明：箍筋數(shù)量的增多可顯著提高再生混凝土節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受剪承載力；白國(guó)良等[9]研究表明：再生混凝土節(jié)點(diǎn)抗震性能與骨料取代率無(wú)明顯關(guān)系，但由于再生骨料初始損傷的存在，普通混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震性能優(yōu)于再生混凝土框架節(jié)點(diǎn)；肖建莊[10]研究了再生混凝土邊節(jié)點(diǎn)的抗震性能，結(jié)果表明：隨著取代率的提高，再生混凝土節(jié)點(diǎn)抗震性能逐漸降低，但其力學(xué)性能、破壞形式等特點(diǎn)與普通混凝土節(jié)點(diǎn)類(lèi)似，當(dāng)再生骨料取代率為100%時(shí)，仍能滿(mǎn)足抗震需求.

總結(jié)現(xiàn)有研究成果發(fā)現(xiàn)：再生混凝土節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究較少[11-12]，而性能增強(qiáng)再生混凝土節(jié)點(diǎn)抗震性能更是鮮有研究.本文利用微硅粉和混雜纖維改善再生混凝土的抗震性能，促進(jìn)再生混凝土的推廣應(yīng)用.混雜纖維(Hybrid Fiber)的防裂、抗沖擊和抗折性能顯著；微硅粉(Microsilica)擁有良好的填充和火山灰效應(yīng)，可與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次水化反應(yīng)，填充混凝土孔隙，改善其微觀結(jié)構(gòu)；目前二者在高性能混凝土的制備中應(yīng)用較多[13-15].本文進(jìn)行了相同軸壓比條件下，不同微硅粉和混雜纖維摻量情況下的再生混凝框架結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究，對(duì)比分析了性能增強(qiáng)再生混凝土與普通混凝土抗震能力，為實(shí)際工程應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù).

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料

試件采用P.O32.5R級(jí)水泥，中粗河砂；廢棄混凝土取自于西安北郊建筑垃圾處理廠(chǎng)，其主要來(lái)源于城市拆遷，經(jīng)鄂式破碎機(jī)粉碎、篩分、清洗等工序制成再生骨料，粒徑范圍為4.74～31.5 mm，連續(xù)級(jí)配，其粒徑級(jí)配情況如表1所示；微硅粉和纖維分別由霖源微硅料有限公司和陜西萬(wàn)達(dá)纖維有限公司提供，材料性能如表2和表3所示，再生骨料的性能參數(shù)如表4所示.本文制作了32組96個(gè)硅粉含量為0%,3%,6%和8%取代率為100%的再生混凝土試件，對(duì)其抗壓性能、劈拉強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、變形性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，如圖1所示，力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果平均值見(jiàn)表5.由試驗(yàn)結(jié)果可知當(dāng)微硅粉含量在6%左右時(shí)其對(duì)再生混凝土力學(xué)性能增強(qiáng)效果最為明顯，故再生混凝土框架柱中節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)微硅粉摻量設(shè)定為6%.

表1 再生混凝土顆粒級(jí)配表Tab．1 Aggregate gradation of RAC

表2 微硅粉性能參數(shù)Tab．2 Material properties of microsilica

表3 纖維性能參數(shù)Tab．3 Material properties of hybrid fiber

表4 骨料材性表Tab．4 Material properties of aggregate

圖1 力學(xué)性能試驗(yàn)Fig.1 Mechanical property test表5 力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果均值表Tab．5 The results of mechanical property test

硅粉含量/%立方體抗壓強(qiáng)度/MPa劈裂抗拉強(qiáng)度/MPa軸心抗壓強(qiáng)度/MPa抗折強(qiáng)度/MPa028.312.7827.123.01332.573.1230.443.32635.063.3332.364.08833.193.1531.283.82

1.2 試件設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)了4榀框架中節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)兩端梁長(zhǎng)為1 500 mm，截面尺寸為200 mm×350 mm；柱總高為2 350 mm，截面尺寸為300 mm×300 mm，分別編號(hào)為JD-0,JD-1,JD-2和JD-3，試件再生骨料取代率、軸壓比及配筋率相同.試驗(yàn)工況見(jiàn)表6，試件尺寸及配筋如圖2所示.性能增強(qiáng)再生混凝土配合比及力學(xué)性能分別見(jiàn)表7和表8，鋼筋力學(xué)性能見(jiàn)表9.試件在西安建筑科技大學(xué)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)室澆筑完成，再生混凝土采用機(jī)械攪拌，插入式振搗棒振搗密實(shí)，再用抹刀清理表面浮漿后收平，澆筑完成靜置24 h后拆模，并用土工布覆蓋，灑水養(yǎng)護(hù).

表6 框架中節(jié)點(diǎn)工況組合Tab．6 Load condition table of concrete joints

表7混凝土配合比Tab．7 Mass mixture ratio of RAC (kg/m3)

表8 性能增強(qiáng)再生混凝土力學(xué)性能Tab．8 The mechanical properties of EC-RAC

圖2 節(jié)點(diǎn)尺寸與配筋圖 (mm)Fig.2 Dimensions and reinforcement of specimens表9 鋼筋力學(xué)性能指標(biāo)Tab．9 Material properties of reinforcement

鋼筋級(jí)別直徑/mm屈服強(qiáng)度/MPa極限強(qiáng)度/MPa彈性模量/105MPaHPB23563365122.12HRB335184295672.00HRB335204636282.02

1.3 加載設(shè)備與制度

節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)采用柱端擬靜力加載，反力梁和液壓千斤頂提供豎向荷載，MTS電液伺服作動(dòng)器提供水平低周反復(fù)荷載，數(shù)據(jù)由ASH-500數(shù)據(jù)采集儀采集.試驗(yàn)設(shè)備如圖3和圖4所示.

圖3 加載裝置及試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)Fig.3 Load device

圖4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Fig.4 Test data acquisition system

試驗(yàn)采用荷載-位移混合控制的加載方式[16]，如圖5所示.試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，由液壓千斤頂施加豎向荷載，達(dá)到軸壓比后，保持豎向荷載不變；然后在柱頂施加水平反復(fù)荷載，試件屈服前采用荷載控制，屈服后(荷載-位移曲線(xiàn)出現(xiàn)明顯轉(zhuǎn)折為準(zhǔn))以位移控制加載，位移加載幅值以屈服位移的整數(shù)倍遞增.當(dāng)試件的承載力下降至最大承載力的85%時(shí)為破壞準(zhǔn)則，試驗(yàn)結(jié)束.

圖5 加載制度Fig.5 Loading regimes

1.4 測(cè)點(diǎn)布置

本試驗(yàn)共設(shè)置7個(gè)位移量測(cè)點(diǎn)，其中2個(gè)豎直方向位移測(cè)量點(diǎn)，位移計(jì)架設(shè)于梁兩端的底部，編號(hào)分別為wy-1,wy-2，用來(lái)測(cè)量?jī)啥肆旱呢Q向位移；3個(gè)水平方向位移量測(cè)點(diǎn)，位移計(jì)架設(shè)于柱頂端、節(jié)點(diǎn)相連柱端上部及下部，編號(hào)分別為wy-3,wy-4,wy-5，用來(lái)測(cè)量柱頂?shù)乃轿灰萍爸说那剩?個(gè)斜向的位移量測(cè)點(diǎn)，2只百分表交叉布置在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)，編號(hào)分別為wy-6,wy-7，以測(cè)量節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的剪切變形.梁柱主筋和箍筋應(yīng)變片主要布置在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)及梁柱塑性鉸區(qū)域.各測(cè)點(diǎn)布置詳見(jiàn)圖6所示.

圖6 測(cè)點(diǎn)布置圖Fig.6 Arrangement of measuring points

2 試驗(yàn)過(guò)程及破壞特征

2.1 試驗(yàn)過(guò)程

在低周反復(fù)荷載作用下，不同微硅粉和混雜纖維含量的性能增強(qiáng)再生混凝土節(jié)點(diǎn)都有相似的破壞過(guò)程，如圖7所示，以試件JD-1為例描述試驗(yàn)加載和破壞過(guò)程.a) 初裂階段：加載初期由于荷載很小，試件荷載-位移曲線(xiàn)為直線(xiàn)，此時(shí)若卸載，節(jié)點(diǎn)試件變形將完全恢復(fù)，此時(shí)節(jié)點(diǎn)處于彈性工作階段；隨著荷載的增大，微裂縫首先出現(xiàn)在梁端根部，而后微裂縫在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)部位陸續(xù)出現(xiàn)，當(dāng)荷載增加到40 kN時(shí)，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)出現(xiàn)一條寬度約0.1 mm的斜裂縫，表明試件開(kāi)裂；b) 通裂階段：隨著荷載的繼續(xù)增大，原有裂縫延伸并加寬，裂縫相互交叉將核心區(qū)劃分為多個(gè)區(qū)域，同時(shí)裂縫不斷開(kāi)展、延伸，逐漸形成兩條寬度約為1～2 mm的貫通核心區(qū)對(duì)角線(xiàn)的主斜裂縫；c)極限階段：核心區(qū)通裂后，水平荷載還可繼續(xù)增大，此時(shí)核心區(qū)基本無(wú)新裂縫出現(xiàn)，原交叉斜裂縫持續(xù)發(fā)展寬度可達(dá)5 mm以上，試件的變形十分明顯，核心區(qū)剪切變形成倍增大，核心區(qū)混凝土起皮現(xiàn)象嚴(yán)重、鋼纖維蹦出，裂縫向柱上下延伸，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)粗大裂縫密布，混凝土呈菱形塊狀掉落，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)達(dá)極限狀態(tài).d)破壞階段：隨著加載位移繼續(xù)增大，試件的變形急劇增大，承載力逐漸下降，核心區(qū)裂縫寬度可達(dá)1 cm，核心區(qū)混凝土酥碎嚴(yán)重，箍筋外露，最終破壞.

圖7 試驗(yàn)現(xiàn)象Fig.7 Experimental phenomena

各試件的破壞過(guò)程雖然相同，但破壞程度存在差異，由圖8可以看出JD-0的破壞最嚴(yán)重，核心區(qū)混凝土酥裂、脫落現(xiàn)象最為顯著，且多呈碎小的顆粒狀，開(kāi)裂范圍較大，裂縫出現(xiàn)密集．由于微硅粉的填充效應(yīng)，使核心區(qū)再生混凝土的承載力提高，從而推遲開(kāi)裂時(shí)間，使得JD-1的破壞程度好于JD-0．圖8顯示JD-2和JD-3的破壞程度則明顯優(yōu)于JD-0，試件JD-2和JD-3核心區(qū)的混凝土剝落面積較小，呈現(xiàn)碎而不落“藕斷絲連”的現(xiàn)象．這是因?yàn)樵谠嚰﨡D-1的基礎(chǔ)上加入混雜纖維后，起到拉結(jié)骨料的效果，加強(qiáng)了基體內(nèi)部的連續(xù)性，消除和減緩了初期節(jié)點(diǎn)試件中微裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，弱化了微裂縫處的應(yīng)力集中，提高了試件的承載能力及延性，大大改善了再生混凝土框架節(jié)點(diǎn)的性能．隨著混雜纖維摻量的增加(0.5%～1.0%)，試件JD-3核心區(qū)混凝土“碎而不落”的現(xiàn)象更加明顯．由此可見(jiàn)混雜纖維摻量的增加對(duì)再生混凝土節(jié)點(diǎn)性能的改善有所提升，但混雜纖維的最佳摻量有待進(jìn)一步研究.

2.2 試驗(yàn)現(xiàn)象微觀分析

由于再生骨料在制備過(guò)程中的剝離程度不一，其表面存在著舊水泥包裹的現(xiàn)象.因此，再生混凝土內(nèi)部將形成新舊水泥的雙層薄弱界面，界面結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，易產(chǎn)生微裂縫．同時(shí)再生骨料的空隙率比天然骨料大，骨料本身存在缺陷.由上述試驗(yàn)可以看出，當(dāng)再生混凝土中摻入適量的微硅粉時(shí)，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土承載力明顯提高，裂縫開(kāi)裂較少，說(shuō)明微硅粉可對(duì)再生混凝土起到“微孔細(xì)化”的超填充作用，彌補(bǔ)薄弱界面的缺陷，同時(shí)可促進(jìn)再生骨料孔洞中水泥的水化反應(yīng)，使其能與骨料外部水泥連接更密實(shí).混雜纖維的摻入可看作是再生混凝土中增加了許多“微筋”，當(dāng)局部混凝開(kāi)裂后，這些“微筋”在再生混凝土骨料之間起到拉結(jié)的作用，承擔(dān)部分應(yīng)力，延緩混凝土的開(kāi)裂，提高其延性.從微觀角度分析，微硅粉和混雜纖維的聯(lián)合使用可有效改善再生混凝土框架中節(jié)點(diǎn)的承載能力和使用延性，從而提高抗震性能.

圖8 破壞形態(tài)Fig.8 Contrast diagram of failure mode

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 滯回曲線(xiàn)

試驗(yàn)記錄了各框架節(jié)點(diǎn)試件的荷載-位移曲線(xiàn)如圖9所示.由圖9可以看出，4個(gè)試件的滯回曲線(xiàn)具有相似的特征：加載初期，由于節(jié)點(diǎn)試件處于彈性工作階段，滯回曲線(xiàn)呈直線(xiàn)循環(huán)，卸載時(shí)殘余變形幾乎為零.隨著荷載的增加，試件進(jìn)入彈塑性工作階段，卸載殘余變形增大，滯回曲線(xiàn)也由直線(xiàn)過(guò)渡到“梭形”，同時(shí)，剛度衰減也愈發(fā)明顯.當(dāng)試件核心區(qū)縱向鋼筋屈服后，由加載制度變?yōu)槲灰瓶刂?，此時(shí)若保持水平荷載不變，而試件位移將顯著增大，滯回曲線(xiàn)形狀趨于豐滿(mǎn)，說(shuō)明各試件具有較好的變形能力和耗能能力.當(dāng)試件水平荷載達(dá)到峰值后，節(jié)點(diǎn)殘余變形大，剛度衰減速率加快，加載后期，受鋼筋和混凝土之間滑移的影響，滯回曲線(xiàn)呈現(xiàn)“捏攏”效應(yīng).

由圖(9)可以看出與普通再生混凝土中節(jié)點(diǎn)滯回曲線(xiàn)相比，性能增強(qiáng)再生混凝土的節(jié)點(diǎn)滯回曲線(xiàn)更為飽滿(mǎn)，JD-1,JD-2和JD-3滯回面積明顯大于JD-0，說(shuō)明耗能能力明顯提高．硅粉的摻入延遲了峰值荷載出現(xiàn)，而混雜纖維的加入使再生混凝土試件中產(chǎn)生“微細(xì)筋”效果，減緩了核心區(qū)裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展，使節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的應(yīng)力場(chǎng)更加均勻，減小了混凝土塑性變形的累積和損傷累積，改善了試件的工作性能．在滯回曲線(xiàn)下降段，硅粉和纖維增強(qiáng)再生混凝土節(jié)點(diǎn)較普通RAC節(jié)點(diǎn)下降平緩，能有效改善節(jié)點(diǎn)承載力及剛度衰減.

3.2 各階段荷載特征值

試驗(yàn)過(guò)程中記錄了各節(jié)點(diǎn)試件在不同受力階段的荷載特征值，如表10所示.

通過(guò)對(duì)試驗(yàn)現(xiàn)象和特征值的分析，可以看出單獨(dú)摻加微硅粉對(duì)再生混凝土進(jìn)行性能增強(qiáng)后各特征值均有提高．其原因是：微硅粉顆粒直徑極小，可填充在水泥顆?？紫吨g，對(duì)再生骨料的初始損傷起到修復(fù)作用．同時(shí)，微硅粉的火山灰效應(yīng)可促使水泥水化物發(fā)生二次水化反應(yīng)，形成改善再生混凝土微觀結(jié)構(gòu)的膠凝物，從而提高再生混凝土承載能力，推遲試件的開(kāi)裂和屈服.而經(jīng)微硅粉和混雜纖維共同增強(qiáng)的再生混凝土試件的特征值較單獨(dú)摻加微硅粉的試件又有較大改善，但提高程度隨著摻量的不同存在著差異.與試件JD-0相比，JD-2和JD-3的開(kāi)裂特征值分別提高了29.8%與54.7%，而JD-1只提高了13.3%．其原因是：纖維具有較高的韌性和一定的強(qiáng)度，當(dāng)節(jié)點(diǎn)受力時(shí)纖維可使再生混凝土內(nèi)部的應(yīng)力分布更加均勻合理．同時(shí)，混雜纖維的拉接作用可將再生混凝土各成份連接在一起，提高整體性的同時(shí)可增強(qiáng)承載能力.

(a) JD-0

(b) JD-1

(c) JD-2

(d) JD-3圖9 各試件滯回曲線(xiàn)Fig.9 Hysteretic curve of each specimen表10 破壞過(guò)程特征值Tab．10 Eigenvalues of four stages kN

3.3 骨架曲線(xiàn)

骨架曲線(xiàn)可以反映框架中節(jié)點(diǎn)受力與變形的各個(gè)不同階段和特性，骨架曲線(xiàn)對(duì)比如圖10所示.我們不難發(fā)現(xiàn)：再生混凝土中加入微硅粉和混雜纖維后其骨架曲線(xiàn)發(fā)生了明顯的變化.單獨(dú)加入微硅粉可提高峰值荷載，加入混雜纖維后不僅提高了節(jié)點(diǎn)試件的初始剛度和峰值荷載，同時(shí)使骨架曲線(xiàn)的下降段趨向平緩，結(jié)構(gòu)的承載力和剛度衰減得到改善，變形能力得到增強(qiáng)，在宏觀上表現(xiàn)出結(jié)構(gòu)具有良好的延性和耗能能力.

3.4 延性系數(shù)

節(jié)點(diǎn)通常用延性系數(shù)μ來(lái)衡量試件的變形能力[17]，本文采用位移延性系數(shù)μΔ=Δu/Δy和轉(zhuǎn)角延性系數(shù)μθ=θu/θy作為衡量節(jié)點(diǎn)延性的參數(shù)，其中Δu,θu取變形增加而荷載下降到峰值荷載的85%時(shí)所對(duì)應(yīng)的位移和轉(zhuǎn)角值；Δy,θy為試件屈服時(shí)對(duì)應(yīng)的梁端位移和轉(zhuǎn)角．試件的延性系數(shù)見(jiàn)表11.

圖10 骨架曲線(xiàn)對(duì)比圖Fig.10 Contrast diagram of skeleton curve

從表11中可看出：在設(shè)計(jì)形式完全相同的情況下，試件JD-2和JD-3的延性系數(shù)普遍大于普通再生混凝土節(jié)點(diǎn)，性能增強(qiáng)效果明顯，梁端位移延性系數(shù)分別提高22.7%和17.4%，核心區(qū)轉(zhuǎn)角延性系數(shù)分別提高41.9%和36.2%.在混雜纖維摻量較低時(shí)，延性提高程度稍大，在混雜纖維摻量大于0.5%時(shí)，延性略有下降，說(shuō)明混雜纖維拉結(jié)作用能夠提高試件延性及其耗能能力，但過(guò)多的纖維在混凝土中不易分散，容易在纖維周?chē)纬杀∪鯀^(qū)破壞混凝土各成分間協(xié)同工作的整體性，產(chǎn)生不良效果.

表11 延性系數(shù)Tab．11 Ductility coefficient of speciments

3.5 耗能能力

通常情況下，結(jié)構(gòu)的耗能能力用等效粘滯阻尼系數(shù)he來(lái)衡量，等效粘滯阻尼系數(shù)越大表示結(jié)構(gòu)的耗能能力越強(qiáng)，計(jì)算原理如圖11所示，計(jì)算公式如下[18]：

(1)

圖11 等效黏滯阻尼系數(shù)計(jì)算Fig.11 Calculation drawing for he

由表12中計(jì)算的等效黏滯阻尼系數(shù)可以看出，各個(gè)節(jié)點(diǎn)試件的等效黏滯阻尼系數(shù)計(jì)算值存在差異，性能增強(qiáng)再生混凝土框架節(jié)比普通再生混凝土框架節(jié)點(diǎn)的等效粘滯阻尼系數(shù)高.具體表現(xiàn)為：?jiǎn)螕焦璺墼偕炷凉?jié)點(diǎn)JD-1比普通再生混凝土節(jié)點(diǎn)JD-0的計(jì)算值高出18.7%，說(shuō)明經(jīng)微硅粉性能增強(qiáng)的節(jié)點(diǎn)的抗震性能優(yōu)于普通再生混凝土；JD-2和JD-3節(jié)點(diǎn)的等效黏滯阻尼系數(shù)則分別高出JD-0節(jié)點(diǎn)31.2%和56.3%，說(shuō)明混雜纖維對(duì)提高再生混凝土節(jié)點(diǎn)的耗能性能起主導(dǎo)作用.

表12 最大荷載循環(huán)對(duì)應(yīng)的等效黏滯阻尼系數(shù)Tab．12 The maximum load corresponding he

3.6 核心區(qū)的剪切變形

縱觀框架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)的整個(gè)過(guò)程，試件在水平剪力的作用下主要發(fā)生剪切變形，而梁柱核心區(qū)的矩形區(qū)域?qū)l(fā)生變形，改變呈平行四邊形，試驗(yàn)中通過(guò)百分表量測(cè)并記錄核心區(qū)對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度的變化，量測(cè)方法如圖12所示，利用公式(2)計(jì)算核心區(qū)的剪切變形[19].

(2)

圖12 核心區(qū)剪切變形計(jì)算圖Fig.12 Calculation drawing for shear deformation at the core area

圖13為各試件在不同受力階段其核心區(qū)剪切變形結(jié)果.從圖中可以看出，各個(gè)節(jié)點(diǎn)試件在開(kāi)裂階段核心區(qū)剪切變形都很小，各試件差別不大；當(dāng)節(jié)點(diǎn)屈服后，逐漸產(chǎn)生差異，普通再生混凝土節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切變形發(fā)展較快，曲線(xiàn)上升最陡；當(dāng)節(jié)點(diǎn)達(dá)到極限

受力階段圖13 試驗(yàn)各階段剪切變形Fig.13 Share deformation of each stage

荷載時(shí)破壞階段核心區(qū)剪切變形急劇增大；在屈服和極限階段，單摻硅粉的試件JD-1剪切變形略?xún)?yōu)于JD-0，而JD-2和JD-3的剪切變形都明顯要小于JD-1和JD-0，且隨混雜纖維含量的提高剪切變形減??；在破壞階段，各試件的剪切變形增大較快.這說(shuō)明經(jīng)硅粉和混雜纖維性能增強(qiáng)后，再生混凝土能夠減小節(jié)點(diǎn)的剪切變形．

4 結(jié) 論

通過(guò)性能增強(qiáng)再生混凝土框架中節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)加載抗震性能試驗(yàn)研究，可以得出以下結(jié)論：

1)性能增強(qiáng)再生混凝土框架中節(jié)點(diǎn)的破壞經(jīng)歷了初裂—通裂—極限—破壞4個(gè)階段，它的破壞過(guò)程與普通再生混凝土框架中節(jié)點(diǎn)基本一致；各節(jié)點(diǎn)試件破壞時(shí)核心區(qū)發(fā)生剪切破壞，剪切變形顯著，但經(jīng)過(guò)微硅粉和混雜纖維共同增強(qiáng)的再生混凝土中節(jié)點(diǎn)破壞時(shí)核心區(qū)混凝土“碎而不落”，破壞程度明顯小于普通再生混凝土中節(jié)點(diǎn).

2)性能增強(qiáng)再生混凝土中節(jié)點(diǎn)抗震性能優(yōu)于普通再生混凝土中節(jié)點(diǎn)，尤其是滯回曲線(xiàn)、延性性能、構(gòu)件耗能、節(jié)點(diǎn)區(qū)變形優(yōu)勢(shì)非常明顯，特別是當(dāng)微硅粉和混雜纖維共同增強(qiáng)時(shí)，延性系數(shù)和等效粘滯阻尼系數(shù)能提高50%以上，效果顯著，且滿(mǎn)足抗震要求，可應(yīng)用于實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中.

3)單摻硅粉對(duì)再生混凝土進(jìn)行性能增強(qiáng)可提高節(jié)點(diǎn)各階段的特征值，但對(duì)節(jié)點(diǎn)延性和耗能改善有限；混雜纖維可在再生混凝土內(nèi)部產(chǎn)生“微細(xì)筋”效果，發(fā)揮其拉結(jié)作用減緩核心區(qū)裂縫的產(chǎn)生與發(fā)展，因此，當(dāng)硅粉與混雜纖維共同作用時(shí)可明顯提高再生混凝土中節(jié)點(diǎn)的延性和耗能能力.

4)由于過(guò)多的混雜纖維在混凝土中不易分散，纖維周?chē)仔纬杀∪鯀^(qū)，破壞混凝土各成分間協(xié)同工作的整體性，從而導(dǎo)致混雜纖維摻量較低時(shí)，節(jié)點(diǎn)延性提高程度較大，當(dāng)混雜纖維摻量大于0.5%時(shí)，延性提高程度略有下降的現(xiàn)象.

5)從細(xì)觀角度分析，硅粉的超填充性可改善再生骨料初始損傷裂紋對(duì)再生混凝土構(gòu)件初始損傷積累的影響，同時(shí)可使再生骨料新舊砂漿間界面過(guò)渡區(qū)更加穩(wěn)定；而纖維的拉結(jié)作用可使再生混凝土裂縫處應(yīng)力場(chǎng)更加均勻，減小混凝土塑性變形的累積和損傷累積；但硅粉和混雜纖維的最優(yōu)配比，以及各混雜纖維的用量仍需進(jìn)行更進(jìn)一步的理論與試驗(yàn)研究.

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Experimental Study on Seismic Behavior of Interior Jointsin Enhancements Recycled Aggregate Concrete Frame

YANG Tao,WANG She-liang?, LIU Wei

(School of Civil Engineering, Xi’an Univ of Architecture and Technology, Xi’an, Shaanxi 710055, China)

In order to improve seismic performance of interior joints in the recycled concrete frame structures, silica powder and hybrid fiber were used to improve the seismic performance of recycled concrete. Under the same axial compression ratio, and with the same reinforcement ratio and recycled aggregate replacement ratio, four interior-joints of the frame columns were manufactured by different amount of silicon powder and hybrid fiber. Low cyclic lateral loading tests were performed to study and compare the failure mode, hysteretic behavior, ductility, energy dissipation, and deformation characteristics between the common recycled concrete and enhanced recycled concrete. The test results show that the recycled concrete interior-joints experienced four stages including initial crack, general crack, ultimate state, and damage. Meanwhile, the performance of enhanced recycled concrete is superior to that of common recycled concrete, such as the failure pattern, hysteresis curve, ductility performance, deformation, and energy dissipation, especially in terms of failure pattern and ductility. Additionally, with the increase of silicon powder and mixed fiber content, the improvement effect has a downward trend, while due to the application of silicon powder mixed with hybrid fiber, the seismic performance of the recycled concrete interior-joints is obviously improved. Therefore, this enhanced recycled concrete can be applied to the structures in the seismic fortification regions.

enhancements recycled aggregate concrete; interior-joints; seismic performance; microsilica; hybrid fiber; low cyclic loads

1674-2974(2016)11-0068-10

2015-12-20

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51178388，51678480)，National Natural Science Foundation of China(51178388，51678480)；陜西省工業(yè)攻關(guān)項(xiàng)目 (2014K06-34)，陜西省教育廳專(zhuān)項(xiàng)科研項(xiàng)目 (14JK1420)

楊 濤(1984-)，男，河北邯鄲人，西安建筑科技大學(xué)博士研究生?通訊聯(lián)系人，E-mail:sheliangw@163.com

TU375.3

A