基于可更換耗能連接的裝配式混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能試驗(yàn)研究

謝魯齊 吳 京 章錦洋 劉晨昱

(東南大學(xué)混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 南京 211189)

裝配式混凝土框架在建筑工業(yè)化蓬勃發(fā)展的趨勢(shì)下得到了廣泛的開發(fā)和應(yīng)用[1].從力學(xué)模型和施工方法角度,可以將其分為等同現(xiàn)澆和非等同現(xiàn)澆兩大類[2].對(duì)于等同現(xiàn)澆而言,在施工過(guò)程中,預(yù)制構(gòu)件會(huì)在其端部或中部留置部分外露鋼筋,造成模板支設(shè)過(guò)程復(fù)雜,重復(fù)利用率不高;構(gòu)件存放及運(yùn)輸過(guò)程中,其外露鋼筋易出現(xiàn)磕碰、銹蝕的情形,導(dǎo)致后續(xù)施工不便;吊裝后,連接區(qū)域的構(gòu)造鋼筋過(guò)多,使得混凝土澆搗不實(shí);關(guān)鍵區(qū)域后澆混凝土導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裝配式節(jié)省時(shí)間成本、對(duì)環(huán)境影響小等優(yōu)勢(shì)發(fā)揮不充分;此外,還存在強(qiáng)震作用下?lián)p傷分散、梁鉸機(jī)制形成不充分等缺點(diǎn)[3],一旦發(fā)生地震損傷,其修復(fù)不易實(shí)行.相比之下,干式連接的非等同現(xiàn)澆裝配式結(jié)構(gòu)則可通過(guò)構(gòu)造實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的適應(yīng)性和震后修復(fù)性能.非等同現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上不強(qiáng)求構(gòu)件連接區(qū)域的力學(xué)性能與現(xiàn)澆框架等同,避免了等同現(xiàn)澆框架在施工上的諸多問(wèn)題,可以有效實(shí)現(xiàn)構(gòu)件工業(yè)化生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)快速施工與損傷機(jī)制可控等目標(biāo)[4].干式連接的非等同現(xiàn)澆裝配式混凝土框架節(jié)點(diǎn)在基本力學(xué)特性和抗震性能方面都存在著不同于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),需要進(jìn)行深入分析.

框架梁柱干連接施工可通過(guò)焊接或螺栓連接將構(gòu)件連接成一個(gè)整體,而不需要在關(guān)鍵受力位置填充后澆混凝土[2].由于梁柱連接部位的整體性降低,形成了典型的半剛性節(jié)點(diǎn),其梁端傳遞負(fù)彎矩的能力也降低[5].在干連接構(gòu)造方面,暗牛腿構(gòu)造[6]較為復(fù)雜且拉壓狀態(tài)受力不對(duì)稱,張拉預(yù)應(yīng)力筋的方法[7]存在預(yù)應(yīng)力損失,導(dǎo)致設(shè)計(jì)過(guò)程較為復(fù)雜,且對(duì)阻尼器的耗能能力存在不利影響.

針對(duì)結(jié)構(gòu)損傷位置彌散的問(wèn)題,文獻(xiàn)[8]建議在梁柱連接區(qū)域設(shè)置延性耗能裝置,以誘導(dǎo)結(jié)構(gòu)損傷集中,使結(jié)構(gòu)具備優(yōu)異的耗能減震能力和便捷的震后易修復(fù)特性[8].Amaris等[9]和蔡小寧等[10]分別采用附加拉壓屈服耗能連接和頂?shù)缀哪芙卿摰姆椒?在一定程度上延緩了結(jié)構(gòu)主體的損傷.Nakiki等[11]和李向民等[12]提出了一種帶延性連接器的預(yù)制混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造.延性連接的引入優(yōu)化了結(jié)構(gòu)的抗震性能,但由于這些耗能部件布置在柱節(jié)點(diǎn)域中,震后修復(fù)不易實(shí)現(xiàn).

屈曲約束支撐作為一種金屬屈服耗能裝置[13],在強(qiáng)震作用下可形成穩(wěn)定的滯回性能以耗散地震能量.Takeuchi等[14]、Blebo等[15]通過(guò)試驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn),將類似構(gòu)造的軸向拉壓耗能桿件應(yīng)用于梁端或柱端,同樣也可以達(dá)到良好的耗能效果.

本文提出了一種含有可更換耗能連接的裝配式混凝土框架(REDC-PCF),并對(duì)其梁柱節(jié)點(diǎn)的力學(xué)性能展開試驗(yàn)研究.該結(jié)構(gòu)將梁端上下邊緣的縱向鋼筋替換為一種可更換耗能連接組件(REDC),提高了結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)施工效率和抗震性能.

1 REDC-PCF梁柱節(jié)點(diǎn)

1.1 節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造及力學(xué)原理

梁柱節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)原則應(yīng)遵循以下幾個(gè)方面:① 保證節(jié)點(diǎn)的傳力路徑簡(jiǎn)潔、明了,節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造應(yīng)與計(jì)算假定相符合,節(jié)點(diǎn)的受力情況應(yīng)與設(shè)計(jì)模型相一致;② 節(jié)點(diǎn)連接應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和剛度,保證其在大變形作用下具有良好的延性;③ 構(gòu)造上簡(jiǎn)單明確,加工安裝流程方便,同時(shí)盡可能節(jié)省材料;④ 盡可能減少工地拼裝的工作量,以保證節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量并提高工作效率.

基于以上原則,本文提出的REDC-PCF梁柱節(jié)點(diǎn)的基本特征如下:

1) REDC-PCF的拼接部位為梁柱節(jié)點(diǎn)處,由銷軸體系和REDC分別承擔(dān)剪力和彎矩,形成完整的荷載傳遞體系(見(jiàn)圖1).設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)遵循“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的原則.為實(shí)現(xiàn)梁鉸機(jī)制,使結(jié)構(gòu)的損傷集中在REDC處,需控制REDC有效屈服軸力低于構(gòu)件內(nèi)縱向鋼筋的屈服軸力[16],建議對(duì)梁端彎矩承載力設(shè)計(jì)需求進(jìn)行一定的折減.在進(jìn)行梁端抗彎剛度需求驗(yàn)算時(shí),需釋放梁、板自重引起的梁端彎矩,使梁端塑性鉸區(qū)域僅承受活荷載及水平作用下產(chǎn)生的彎矩.施工方法為安裝REDC前先進(jìn)行樓板的安裝作業(yè),以鉸接框架的形式承受梁、板自重,從而達(dá)到設(shè)計(jì)意圖.設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮節(jié)點(diǎn)初始轉(zhuǎn)動(dòng)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)整體側(cè)向剛度的影響,在常規(guī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上增加節(jié)點(diǎn)初始剛度需求的計(jì)算[17].

2) 節(jié)點(diǎn)為干連接構(gòu)造,不需要通過(guò)后澆混凝

圖1 REDC梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)造示意圖

土強(qiáng)化節(jié)點(diǎn)剛度.其抗剪連接通過(guò)對(duì)銷軸體系單獨(dú)設(shè)計(jì),可有效規(guī)避梁端削弱及拼接式構(gòu)造對(duì)節(jié)點(diǎn)抗剪性能的影響.設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)遵循“強(qiáng)剪弱彎”的原則,銷軸體系的設(shè)計(jì)可根據(jù)現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范進(jìn)行強(qiáng)度和變形設(shè)計(jì).

3) REDC為一種金屬屈服耗能連接組件,由核心鋼板、屈曲約束部件及連接部件組成(見(jiàn)圖2).核心鋼板由高延性鋼材制作,以保證其疲勞性能;屈曲約束部件覆蓋在核心鋼板四周,限制其受壓時(shí)的屈曲幅值,保證其在拉、壓狀態(tài)下均可進(jìn)入全截面屈服狀態(tài);屈曲約束部件由約束蓋板和填充鋼板構(gòu)成;核心鋼板與連接部件(包括連接鋼塊和錨固鋼塊)通過(guò)坡口對(duì)焊的方式牢固連接;連接部件與柱內(nèi)錨固鋼筋、梁內(nèi)縱向鋼筋通過(guò)塞焊連接.梁端彎矩表現(xiàn)為兩側(cè)REDC所受軸力形成的力偶,REDC可以等同于一種軸向受力構(gòu)件.

圖2 REDC構(gòu)造示意圖

4) 銷軸連接體系作為結(jié)構(gòu)的抗剪構(gòu)造,為REDC屈服后的梁柱連接提供二道防線,由柱內(nèi)外伸鋼板、銷軸及其耳板通過(guò)焊接作業(yè)形成(見(jiàn)圖3).為保證剪力傳遞的可靠性,避免鋼棒與混凝土發(fā)生直接接觸,可在銷軸孔洞內(nèi)預(yù)埋鋼管,并將鋼棒直徑與鋼管內(nèi)徑的差值減小至不超過(guò)1 mm,且接觸面光滑,防止附加內(nèi)力產(chǎn)生影響.

圖3 銷軸體系安裝示意圖

5) 銷軸的設(shè)置使梁截面的中性軸固定于中間位置,不會(huì)因混凝土開裂等因素而出現(xiàn)偏移.如果采用等同現(xiàn)澆樓板則會(huì)引起梁的上部截面剛度增大,兩側(cè)REDC變形不對(duì)稱,還會(huì)使銷軸產(chǎn)生附加水平作用.因此,建議設(shè)計(jì)時(shí)將預(yù)制樓板擱置在梁側(cè)的挑耳上,以削弱樓板的平面內(nèi)剛度對(duì)結(jié)構(gòu)變形的影響.

1.2 施工方法

REDC-PCF梁柱節(jié)點(diǎn)的施工步驟如下:

① 在柱的預(yù)制過(guò)程中,于柱內(nèi)錨固鋼塊內(nèi)設(shè)置一排與錨固鋼筋截面形心高度相同的螺紋孔;同時(shí)在柱內(nèi)錨固鋼筋端部刻出一定長(zhǎng)度的螺紋段,將其與孔內(nèi)螺紋旋合形成整體,反面塞焊,一體預(yù)埋入柱中.在梁的預(yù)制過(guò)程中,于梁端一定長(zhǎng)度范圍內(nèi)預(yù)留企口,用于安裝REDC耗能部件,企口的深度應(yīng)不少于耗能部件與約束部件組合后的總厚度;在企口端部設(shè)置梁筋連接部件,其與鋼筋連接一側(cè)設(shè)置螺紋孔,并在梁內(nèi)縱筋端部刻出螺紋,將螺紋與孔內(nèi)螺紋旋合形成整體,反面塞焊,一體預(yù)埋入梁中.待梁、柱澆筑養(yǎng)護(hù)完成后現(xiàn)場(chǎng)安裝,并通過(guò)銷軸連接作業(yè)形成整體.

② 組裝REDC,并置于梁端企口內(nèi)(見(jiàn)圖1).REDC核心鋼板的截面形心應(yīng)與梁內(nèi)縱向鋼筋及柱內(nèi)錨固鋼筋的形心在同一高度處,以保證荷載傳遞直接,不會(huì)對(duì)梁側(cè)的連接部件造成偏心,施工中需保證焊接質(zhì)量并形成完整的彎矩傳遞機(jī)制.

③ 焊接完成后,可選擇將梁端企口區(qū)域用后澆混凝土填實(shí),形成完整美觀的梁柱連接體系.

④ 結(jié)構(gòu)經(jīng)歷大震后,鑿除損傷部位的后澆混凝土,切割損傷嚴(yán)重或發(fā)生斷裂的REDC核心鋼板并更換,重復(fù)步驟②和③,完成震后修復(fù).

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 試件及試驗(yàn)裝置

試件及試驗(yàn)加載裝置如圖4所示.相較于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),REDC的設(shè)置并未改變梁柱節(jié)點(diǎn)的荷載傳遞路徑,即節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的變形特性和受力特點(diǎn)并未改變.因此,試驗(yàn)采用邊節(jié)點(diǎn)試件和“柱子平臥、梁頭向上”的安裝模式,反映了梁柱相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中的梁端內(nèi)力分布情況.柱上軸力的影響主要表現(xiàn)為一定范圍內(nèi)延緩節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切裂縫的出現(xiàn),對(duì)梁端REDC的變形幾乎沒(méi)有影響.本文忽略了對(duì)軸力及節(jié)點(diǎn)核心區(qū)變形的考察,重點(diǎn)分析REDC的變形性能.

采用地錨桿、螺旋千斤頂和側(cè)向支撐剛架等對(duì)試件的剛體位移予以限制,保證僅構(gòu)件梁端沿作動(dòng)器方向發(fā)生變形.加載系統(tǒng)為反力墻-MTS作動(dòng)器體系.將MTS作動(dòng)器端部與梁端通過(guò)自制轉(zhuǎn)換頭固定連接,并通過(guò)作動(dòng)缸的水平伸縮對(duì)梁端施加水平荷載或水平位移,通過(guò)位移計(jì)DT1測(cè)量梁端位移,該位移計(jì)的支架固定在柱身上,從而排除柱端部翹動(dòng)或水平滑移對(duì)位移測(cè)量精確度的影響.位移計(jì)DT2～DT5用于量測(cè)REDC耗能部件上端豎向與水平方向的變形.同時(shí),設(shè)置位移計(jì)DT6～DT10以監(jiān)控銷軸與梁的相對(duì)位移及柱自身的翹動(dòng)和滑移.為監(jiān)測(cè)梁端部1.0倍梁高范圍內(nèi)縱筋及箍筋應(yīng)變的發(fā)展趨勢(shì),在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)的錨固鋼筋、縱向鋼筋及箍筋上設(shè)置應(yīng)變片.

(a) 原理示意圖

(b) 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)布置圖

2.2 試件的幾何尺寸及材料性能

圖5 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造示意圖(單位:mm)

在REDC核心鋼板的設(shè)計(jì)方面,首先需考慮REDC的長(zhǎng)度選取.對(duì)于框架結(jié)構(gòu)而言,梁端理想塑性鉸長(zhǎng)度通常為梁高的0.5～1.0倍[18],由此確定REDC的理想長(zhǎng)度為300～600 mm.其次,應(yīng)在規(guī)范允許的最大層間位移角范圍內(nèi)保證REDC的延性,根據(jù)目前規(guī)范和研究成果[19-21],當(dāng)梁柱相對(duì)轉(zhuǎn)角為2%時(shí),應(yīng)保證核心鋼板的耗能段軸向應(yīng)變不超過(guò)3%.綜合考慮模數(shù)化需求,確定核心鋼板總長(zhǎng)為350 mm,其中連接段長(zhǎng)50 mm,過(guò)渡段長(zhǎng)25 mm,屈服段長(zhǎng)200 mm.核心部件耗能段最小截面面積按照梁端抗彎剛度需求進(jìn)行配置,并在連接段進(jìn)行放大,保證焊縫牢固連接的同時(shí)使連接部位在大位移幅值下保持彈性.結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)配筋需求(所需鋼筋截面面積不低于1 520 mm2),設(shè)定其耗能段截面寬度和厚度分別為110和16 mm,連接段截面寬度和厚度分別為210和16 mm.考慮到過(guò)渡段的長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng),將耗能段設(shè)計(jì)為2段并列的構(gòu)造模式,并以45°轉(zhuǎn)角構(gòu)造過(guò)渡段(見(jiàn)圖6(a)).

REDC約束部件的作用是對(duì)核心鋼板的受壓屈曲幅度提供約束,保證其軸向變形不受影響,同時(shí)避免過(guò)渡段出現(xiàn)局部屈曲.因此,約束部件應(yīng)覆蓋全部屈服段和過(guò)渡段以及一定范圍的連接段.約束部件的厚度應(yīng)根據(jù)其平面外剛度需求計(jì)算得到.綜合以上因素,連接段長(zhǎng)度設(shè)定為270 mm,寬度為250 mm,厚度為18 mm.為保證核心耗能部件可以單獨(dú)受力,在平面外和平面內(nèi)的核心鋼板與約束部件之間預(yù)留1 mm的橫向間隙;為滿足REDC軸向變形的需要,在縱向方向預(yù)留6 mm的間隙(見(jiàn)圖6(b)和(c)).核心鋼板及其約束部件采用延性良好的Q235B鋼材制作.

(a) 核心部件

(b) 約束板

(c) 填充板

本文采用的混凝土立方體抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值為55.02 MPa,縱向受力鋼筋(HRB400)的屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值為417.21 MPa;箍筋的屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值為476.12 MPa;用于制作銷軸的Q345鋼棒的屈服強(qiáng)度實(shí)測(cè)值為436.05 MPa;制作REDC耗能鋼板的Q235鋼板的屈服強(qiáng)度為268.32 MPa,彈性模量為195 GPa,屈強(qiáng)比為58.58%,延伸率為39.53%.所用材料均符合現(xiàn)行規(guī)范要求以及設(shè)計(jì)構(gòu)造和耗能部件的疲勞性能要求.

2.3 加載制度

加載過(guò)程采用逐級(jí)增加梁柱相對(duì)轉(zhuǎn)角的方式進(jìn)行(見(jiàn)圖7).位移幅值通過(guò)梁柱相對(duì)轉(zhuǎn)角控制量轉(zhuǎn)換得到.梁柱相對(duì)轉(zhuǎn)角θ取為梁端加載點(diǎn)位移與梁端加載點(diǎn)至銷軸形心距離d的比值.本文中,d取為1 500 mm.將各循環(huán)中梁柱相對(duì)轉(zhuǎn)角設(shè)定為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%、4.5%、5.0%.其中,梁柱相對(duì)轉(zhuǎn)角為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%時(shí)各加載3圈,梁柱相對(duì)轉(zhuǎn)角為2.5%和3.0%時(shí)各加載2圈,其他轉(zhuǎn)角下各加載1圈,由此對(duì)應(yīng)的梁端位移Δ分別為7.5、15、22.5、30、37.5、45、52.5、60、67.5、75 mm.

圖7 加載制度

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 失效模式

節(jié)點(diǎn)的擬靜力試驗(yàn)包括初始試驗(yàn)和修復(fù)試驗(yàn)2種.在初始試驗(yàn)中,梁兩側(cè)的REDC繞銷軸反復(fù)拉壓循環(huán),當(dāng)梁柱相對(duì)轉(zhuǎn)角θ為1.0%～2.0%時(shí),梁內(nèi)出現(xiàn)少許彎曲裂縫;當(dāng)θ達(dá)到2.5%以后,構(gòu)件裂縫基本不再擴(kuò)展,已經(jīng)產(chǎn)生的裂縫在反復(fù)荷載作用下反復(fù)張開閉合;θ超過(guò)5.0%后,受拉一側(cè)的鋼板在梁端位移達(dá)到峰值時(shí)發(fā)生斷裂,承載力出現(xiàn)陡降,試驗(yàn)終止.卸載后所有裂縫均閉合;拆解約束部件后觀察到核心鋼板的斷裂位置位于屈服段中部,且表現(xiàn)出斷裂位置頸縮的疲勞破壞特征.然后,更換兩側(cè)的核心鋼板,開展修復(fù)試驗(yàn),試驗(yàn)的整體現(xiàn)象與初始試驗(yàn)類似.θ為5.0%的循環(huán)受拉過(guò)程中,承載力陡降,此后卸載剛度明顯降低,該循環(huán)結(jié)束后終止試驗(yàn).經(jīng)拆解構(gòu)件發(fā)現(xiàn),斷裂位置與初始試驗(yàn)類似,且梁上裂縫實(shí)現(xiàn)了自我閉合.整個(gè)加載過(guò)程中,節(jié)點(diǎn)核心區(qū)內(nèi)無(wú)明顯裂縫出現(xiàn),混凝土整體工作性能良好.核心鋼板斷裂及混凝土裂縫開展情況見(jiàn)圖8.

(a) 初始試驗(yàn)的斷裂核心鋼板

(b) 修復(fù)試驗(yàn)的斷裂核心鋼板

(c) 混凝土損傷情形

3.2 滯回曲線

由圖9可知,初始試驗(yàn)和修復(fù)試驗(yàn)所得的滯回曲線均比較飽滿.在傳統(tǒng)的等同現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)中,梁柱節(jié)點(diǎn)的承載能力會(huì)隨混凝土開裂而逐步下降,滯回環(huán)也隨之捏縮.而在REDC-PCF中,由于梁整體保

圖9 梁端荷載-位移滯回曲線

持彈性且銷軸可以確保中性軸位置不變,節(jié)點(diǎn)的滯回曲線不會(huì)發(fā)生捏縮.此外,REDC的屈曲約束機(jī)制可以保證核心耗能部件在拉壓循環(huán)作用下均能發(fā)生全截面屈服.對(duì)比初始試驗(yàn)和修復(fù)試驗(yàn)可以看出,初始剛度及最大塑性變形相近,修復(fù)工作可以實(shí)現(xiàn)試件力學(xué)性能和耗能能力的有效恢復(fù),其震后修復(fù)的可行性得到了驗(yàn)證.

以初始試驗(yàn)為例,提取REDC耗能部件的軸力-位移曲線及梁內(nèi)鋼筋的應(yīng)變-荷載滯回曲線(見(jiàn)圖10和圖11).由圖可知,試驗(yàn)過(guò)程中,梁內(nèi)鋼筋的最大應(yīng)變不超過(guò)3×10-4,遠(yuǎn)低于鋼筋屈服應(yīng)變,結(jié)合梁上裂縫均可在卸載后閉合的現(xiàn)象,可以判定梁在加載全過(guò)程中保持彈性.REDC耗能部件的滯回曲線飽滿,耗能能力良好.

圖10 REDC的軸力-軸向位移曲線

圖11 鋼筋應(yīng)變-荷載曲線

3.3 骨架曲線

連接彎矩-轉(zhuǎn)角關(guān)系曲線中各級(jí)梁柱相對(duì)轉(zhuǎn)角的第1循環(huán)峰值點(diǎn),形成試件的骨架曲線(見(jiàn)圖12).由圖可知,骨架曲線可簡(jiǎn)化為雙折線模型.節(jié)點(diǎn)試件在受推和受拉2個(gè)方向所表現(xiàn)出的性能相近,骨架曲線對(duì)稱.加載過(guò)程中無(wú)負(fù)剛度出現(xiàn),與現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)試件存在本質(zhì)區(qū)別,繼而驗(yàn)證了該節(jié)點(diǎn)損傷集中的特性.

圖12 節(jié)點(diǎn)骨架曲線

導(dǎo)出各節(jié)點(diǎn)試件的屈服荷載、屈服位移及延性性能并列于表1.由表可知,初始試驗(yàn)和修復(fù)試驗(yàn)的最大荷載與屈服荷載之比分別為1.67和1.64,荷載在構(gòu)件屈服后仍呈現(xiàn)較大的增長(zhǎng)幅度,這主要是由于耗能部件屈服后強(qiáng)化所致.此外,梁柱連接處的轉(zhuǎn)動(dòng)能力較強(qiáng),體現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)良好的延性與變形能力.初始試驗(yàn)和修復(fù)試驗(yàn)的最大位移比(即梁端最大位移與屈服位移之比)分別為6.50與5.65,最大梁柱相對(duì)轉(zhuǎn)角比(即最大梁柱相對(duì)轉(zhuǎn)角與屈服轉(zhuǎn)角之比)分別為15.60及14.63,表現(xiàn)出良好的延性性能,說(shuō)明所設(shè)計(jì)的REDC-PCF梁柱節(jié)點(diǎn)可應(yīng)用于高震區(qū)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中.

表1 各試件的承載力和變形參數(shù)

3.4 應(yīng)變發(fā)展趨勢(shì)

初始試驗(yàn)和修復(fù)試驗(yàn)中REDC核心耗能部件的軸向變形情況見(jiàn)表2.由表可知,節(jié)點(diǎn)梁柱相對(duì)轉(zhuǎn)角較大時(shí),REDC耗能部件的實(shí)際軸向應(yīng)變與梁柱相對(duì)轉(zhuǎn)角之間差別較大,但仍在同一幅值所規(guī)定的范圍內(nèi).可以認(rèn)為,REDC耗能部件的實(shí)際應(yīng)變量與節(jié)點(diǎn)梁柱的相對(duì)轉(zhuǎn)角在數(shù)值上近似相等.

表2 REDC軸向應(yīng)變 %

4 結(jié)論

1) REDC-PCF梁柱節(jié)點(diǎn)為干連接構(gòu)造的框架節(jié)點(diǎn).其傳力路徑簡(jiǎn)潔、構(gòu)造簡(jiǎn)單明確,可在施工現(xiàn)場(chǎng)快速拼接,顯著提高施工效率.

2) REDC是一種金屬屈服耗能連接組件,可在彈性狀態(tài)下承擔(dān)梁端彎矩,并在大震下進(jìn)入塑性,實(shí)現(xiàn)全截面屈服耗能,具備飽滿的滯回特性和高延性能.

3) REDC與梁柱內(nèi)的抗彎體系通過(guò)焊接連接,對(duì)構(gòu)造精度要求合理,且震后修復(fù)簡(jiǎn)單易行.

4) 梁柱邊節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能的反復(fù)荷載試驗(yàn)結(jié)果表明,構(gòu)件的塑性變形集中于耗能部件內(nèi),耗能能力良好;梁柱節(jié)點(diǎn)主體保持彈性,實(shí)現(xiàn)了損傷集中的設(shè)計(jì)理念;REDC的破壞形式為延性破壞,符合高性能結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求;節(jié)點(diǎn)具備震后修復(fù)的可實(shí)施性,可應(yīng)用于高震區(qū)框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中.