裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究

張金晶

摘? 要：針對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)，梁柱中節(jié)點(diǎn)連接方式至關(guān)重要，也是當(dāng)前裝配式建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。文章以綜合試驗(yàn)法，選取4個(gè)1/2比例裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，開展低周往復(fù)荷載試驗(yàn)，重點(diǎn)研究和分析節(jié)點(diǎn)區(qū)域加勁腹板厚度和開孔影響，研究該節(jié)點(diǎn)的受力特性及抗震性能?？偨Y(jié)分析了4個(gè)試件結(jié)構(gòu)的破壞規(guī)律、滯回曲線及承載力變化等，發(fā)現(xiàn)裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性、設(shè)計(jì)可靠性及抗震性能較好。

關(guān)鍵詞：裝配式混凝土;梁柱節(jié)點(diǎn);抗震性能;滯回曲線

中圖分類號(hào)：TU378.4? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）10-0049-02

Abstract： For prefabricated concrete structures， the connection mode of beam and column joints is very important， which is also a difficult point in the structural design of prefabricated buildings. In this paper， we use the comprehensive test method that choose four of half precast concrete beam and column joints were selected for comparison test， and low-cycle reciprocating load test was carried out to focus on the study and analysis of the influence of stiffening web thickness and hole opening in the joint area， so as to study the stress characteristics and seismic performance of the joints. The hysteretic curve and bearing capacity change of four specimens are summarized and analyzed. It is found that the stability， design reliability and seismic performance of the joints in the precast concrete beams and columns are better.

Keywords： fabricated concrete; beam-column joints; seismic performance; hysteretic curve

引言

從裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)連接結(jié)構(gòu)體系看，具有自重輕、跨徑長(zhǎng)、施工便利等優(yōu)勢(shì)，從抗震性能方面研究看，可在震后的恢復(fù)中使用高箍筋約束力的方式，增強(qiáng)梁柱中節(jié)點(diǎn)的抗震性能，并可削弱梁端結(jié)構(gòu)構(gòu)造，形成塑性鉸，促進(jìn)地震傳播過程中能量的分散，在地震后受損構(gòu)件修復(fù)中可選用替換性結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)在使用性能、抵抗力等方面仍存在一定應(yīng)用局限，由于節(jié)點(diǎn)剪切破壞、承壓破壞等，不僅降低施工效率，加大施工難度，同時(shí)節(jié)點(diǎn)剛度的使用需求難以滿足，給工程實(shí)踐帶來諸多難題[1]?；诖?，應(yīng)用新型節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，如通過焊接的形式將鋼板桶與加筋腹板相連，增加對(duì)混凝土的約束力，新型構(gòu)件節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)可通過預(yù)制廠的預(yù)制生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及主要內(nèi)容

1.1 試件主要參數(shù)及制作

本試驗(yàn)試件選取裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)部分結(jié)構(gòu)試件4個(gè)，編號(hào)分別表示為RCSJ1、RCSJ2、RCSJ3和RCSJ4。4個(gè)試件主要參數(shù)見下表1。

表1 4個(gè)試件主要參數(shù)（希望這4個(gè)試件中有一個(gè)是普通現(xiàn)澆混凝土的，這樣才有對(duì)比）

所有選取試件節(jié)點(diǎn)構(gòu)造主要由壁板結(jié)構(gòu)、加勁腹板、鋼板桶及內(nèi)部澆筑混凝土，不配置箍筋。通過預(yù)埋的方式進(jìn)行有效連接。其中鋼板桶及鋼梁結(jié)構(gòu)均在預(yù)制廠中生產(chǎn)，所有焊縫質(zhì)量保證在二級(jí)以上，試件制作流程應(yīng)首先預(yù)制鋼筋混凝土柱、然后裝配鋼梁結(jié)構(gòu)再對(duì)整體試件進(jìn)行焊接處理。節(jié)點(diǎn)構(gòu)造示意圖及實(shí)物圖如圖1、2所示。其中圖1中1～7結(jié)構(gòu)點(diǎn)編號(hào)按順序分別表示：鋼梁端板、端板加勁肋、柱面壁板、加勁腹板、水平加勁肋、綴板、高強(qiáng)度螺栓。

1.2 試件加載

選取某公司開發(fā)的電液伺服系統(tǒng)進(jìn)行試件加載作業(yè)，保證實(shí)現(xiàn)動(dòng)靜態(tài)等三個(gè)作業(yè)方向。加載過程中，首先對(duì)構(gòu)件選擇豎向加載，待加載數(shù)值穩(wěn)定后，梁端結(jié)構(gòu)初始值控制為0，按照相關(guān)規(guī)范中擬靜力試驗(yàn)的相關(guān)規(guī)定，改善加載方法，提升加載效率。加載前需要開展有限元模擬作業(yè)，以保證節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)處的屈服位移控制在0.1cm，同時(shí)對(duì)梁端結(jié)構(gòu)進(jìn)行反對(duì)稱加載，位移在5mm、10mm循環(huán)1次，在20～40mm處各循環(huán)2次，到50mm循環(huán)時(shí)試件結(jié)構(gòu)得到破壞[2]。

1.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集

試驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集參數(shù)主要包含有柱頂端的荷載、梁端結(jié)構(gòu)的荷載及其位移值，數(shù)據(jù)收集自動(dòng)化儀器設(shè)備選擇使用FSC全數(shù)字化多通道型電液伺服控制系統(tǒng)，采集間隔為0.5s，每次收集1次數(shù)據(jù)，主要包含有檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)的荷載值及對(duì)應(yīng)加載位移值;混凝土結(jié)構(gòu)的表面由白漿涂抹，并畫出50mm×50mm方格，記錄混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫開展情況，以每循環(huán)1次為準(zhǔn)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行拍照記錄。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 試驗(yàn)機(jī)理及過程

4個(gè)試件中對(duì)應(yīng)的是梁鉸機(jī)制破壞，以試件RCSJ1為例，加載值達(dá)到72kN時(shí)，對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)區(qū)域混凝土結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)斜向裂縫破壞，此狀態(tài)下的水平位移為15mm;當(dāng)加載值達(dá)到100kN時(shí)，對(duì)應(yīng)鋼梁結(jié)構(gòu)翼緣板測(cè)點(diǎn)應(yīng)變最大屈服過程中出現(xiàn)了少量的新型交叉裂縫結(jié)構(gòu)。位移角1/50循環(huán)中，70%的測(cè)點(diǎn)應(yīng)變超過了翼緣板結(jié)構(gòu)的屈服應(yīng)變節(jié)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)混凝土結(jié)構(gòu)的斜向裂縫逐步的趨于穩(wěn)定狀態(tài)，在加勁腹板結(jié)構(gòu)處，主拉應(yīng)變值達(dá)到突變狀態(tài)。同樣，在位移角達(dá)到1/35和1/25時(shí)，節(jié)點(diǎn)加載區(qū)域分別出現(xiàn)開始屈服、屈服狀態(tài)嚴(yán)重，直到鋼梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)平面外的扭轉(zhuǎn)后，試驗(yàn)終止。整個(gè)試驗(yàn)過程中，鋼梁結(jié)構(gòu)的端板及對(duì)應(yīng)鋼板桶結(jié)構(gòu)之間呈現(xiàn)出緊密相連的狀態(tài)，連接效果明顯，未失效[3]。

2.2 滯回性能分析

位移-荷載滯回曲線主要反映的是在往復(fù)的荷載作用下，荷載施加過程與變形之前的關(guān)系，是研究裝配式混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的主要依據(jù)。試件RCSJ2和RCSJ3在往復(fù)荷載作用條件下，其滯回曲線如圖3、4所示。由圖中可以看出，智慧曲線呈現(xiàn)出棱形、不飽滿狀態(tài)，主要反映的是整體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件加載過程中的彈性變形結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在變形量相對(duì)較小的狀態(tài)下，對(duì)應(yīng)承載力能夠達(dá)到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)3倍以上，所有試件在加載的過程中都未發(fā)生側(cè)滑。

由上圖還可看出，RCSJ2滯回曲線和RCSJ3滯回曲線的飽滿程度呈現(xiàn)降低現(xiàn)象，破壞后的試件結(jié)構(gòu)觀察分析可得，鋼筋混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)在焊接過程中呈現(xiàn)出質(zhì)量下降趨勢(shì)，并存在一定的缺陷，主要是由于該構(gòu)件結(jié)構(gòu)在加固處理以后，導(dǎo)致試件結(jié)構(gòu)的下部限制了塑性變形導(dǎo)致，使得塑性變形量相對(duì)減小[4]。

應(yīng)變量主要原因分析。構(gòu)件結(jié)構(gòu)在加載初期階段，加勁腹板結(jié)構(gòu)處的應(yīng)變量相對(duì)較小，而通過每次循環(huán)加載，導(dǎo)致滯回曲線中的回環(huán)部分基本呈現(xiàn)重合狀態(tài)，在節(jié)點(diǎn)混凝土結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出斜向開裂后，對(duì)應(yīng)加勁腹板及其混凝土結(jié)構(gòu)可通過共同抗剪參與節(jié)點(diǎn)應(yīng)變?cè)鲩L(zhǎng)速度的加快，平攤了節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)處的部分剪力，同時(shí)腹板結(jié)構(gòu)的主拉應(yīng)變呈現(xiàn)出較快增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

3 變形分析

可以截面結(jié)構(gòu)的平均曲率？鬃表示，引申儀要以0.8倍梁端高范圍進(jìn)行布置，并測(cè)量翼緣結(jié)構(gòu)的伸長(zhǎng)、縮短量，平均曲率？鬃按照以下公式求得：

其中，？駐S1、？駐S2分別表示翼緣量測(cè)段區(qū)域內(nèi)的引申儀變化量;h為上下端的量測(cè)距離;a為測(cè)區(qū)段的長(zhǎng)度，200mm。

以RCSJ2試件為例，在翼緣屈服前，對(duì)應(yīng)鋼梁結(jié)構(gòu)主要以彈性變形為主，并且曲率呈現(xiàn)出一定的彎曲增長(zhǎng)的趨勢(shì)，同時(shí)在位移角1/50循壞處理后，會(huì)隨著整體翼緣屈服范圍的增大而逐漸增大，同時(shí)塑性結(jié)構(gòu)中的鉸區(qū)曲率明顯增加，梁端塑性結(jié)構(gòu)在塑性變形的過程中得到充分的發(fā)揮。

其次，在連接變形量的變化中，在加載的初始階段，會(huì)導(dǎo)致初始階段的剛度呈現(xiàn)持續(xù)增加的狀態(tài)，且對(duì)應(yīng)的數(shù)值曲線呈現(xiàn)出上升變化態(tài)勢(shì)，同時(shí)由于高強(qiáng)螺栓的預(yù)緊力的增加，導(dǎo)致梁端與柱面板結(jié)構(gòu)之間呈現(xiàn)出一定的擠壓力。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)采用無箍筋形式連接，對(duì)應(yīng)連接方式滿足整體抗震的需求，同時(shí)連接方式較為可靠。

（2）延展性較好，位移延性系數(shù)可達(dá)3.3。

綜上所述，裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性、設(shè)計(jì)可靠性及抗震性能比較突出。

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