淺談鋼纖維混凝土框架節點抗震性能

李寧瑞

南京龍源環保有限公司 江蘇南京 210000

1 試驗概況

設計了三個混凝土梁柱節點標本，但核心區域并不完全由箍筋組成。其中，試件ZJ1是現澆普通鋼筋混凝土試件，試件ZJ2和ZJ3是包括預制梁，預制柱和梁-柱連接區域的組裝混凝土接頭測試件。柱和梁的橫截面尺寸分別為400mm×400mm和250mm×500mm，柱的縱向鋼筋為12根HRB400鋼筋，梁的縱筋為6根HRB400鋼筋。試樣ZJ2預制柱中心先埋設工字梁，工字梁模型是I-36a，材料是Q235B，從梁伸出的縱筋直接焊接到工字梁上。樣品ZJ3預制柱的側面嵌有300mm×400mm×20mm的夾板，而在預制柱的中間嵌有750mm×300mm×10mm的鋼板，同時將鋼板焊接到端板上。腹板通過焊接到嵌入板上的連接板與10.9高強度螺栓連接。板件尺寸為250mm×165mm×8mm。同時，將鋼纖維混凝土澆注到試樣的ZJ2和ZJ3節點的核心區域和注入后的區域中，體積百分比含量為1%[1]。

2 破壞特征

圖1 現澆普通混凝土梁柱中節點和裝配式梁柱中節點的破壞圖

可以在圖1中看到：現場澆筑的混凝土接頭樣本ZJ1和組裝的混凝土接頭樣本ZJ3最終會在接頭的核心區域導致剪切破壞，而組裝的混凝土接頭樣本ZJ2是典型的梁端彎曲破壞。由于試件ZJ2的工字梁穿透節點的核心區域，并且節點核心區域的剛度較大，因此I型鋼可以在節點的核心區域均勻地傳遞力，因此節點的核心區域保持良好的完整性。該構件的預制梁的鋼筋直接焊接到預制I形梁上，連接剛度迅速變化，并且塑料鉸鏈已完全展開。通過采用新的組裝連接工字梁，塑性鉸鏈可以移出。保證了接頭的完整性，最后出現了一種形式的梁端彎曲故障[2]。

與ZJ1相比，不帶鋼纖維的現場混凝土節點標本使用I型鋼連接，而核心節點標本ZJ2核心區域的裂縫在節點核心區域和注入后區域精細，致密，并且梁端連接實現了``強柱弱梁''的原理，因為該區域裂縫很少，梁與工字鋼的縱向鋼筋焊接位置處有塑性鉸鏈，節點的核心區域沒有明顯的剪切誤差。隨著位移的增加，塑料鉸鏈會更加嚴重地變化。與現場澆筑的混凝土接頭樣本ZJ1相比，組裝的混凝土接頭樣本ZJ3最終在接頭的核心區域發生剪切破壞，但是在核心區域添加鋼連接器和鋼纖維可以更有效地傳遞力。減少了發生，節點的剪切變形大大改善，左右梁的裂縫寬度和節點的核心區域大大減少，鋼板和端板之間的連接大大增加了接縫。同時，如果成本增加幾十元，可以在節點的核心區域添加鋼纖維，顯著減小裂縫寬度，提高節點的性能。與組裝的混凝土接頭試樣ZJ2和ZJ3的破壞模式相比，ZJ3的連接形式的改善效果不如ZJ2的效果理想。

3 試驗數據結果及分析

3.1 滯回曲線

在加載的初始階段，所有試樣的載荷-位移磁滯曲線幾乎是線性的，并且磁滯回線面積很小，表明測試梁和柱的節點處于彈性階段。如果負載繼續，則磁滯曲線會隨著樣本進入彈性體燒結階段而非線性變化，并且隨著負荷的增加，磁滯回線的面積會繼續增加，表明樣本的能量消散能力會增加。最后，在試樣達到最大載荷后，卸載后的殘余應變隨著載荷位移的增加而增加，但載荷逐漸減小。

圖2 每個樣品在梁末端的載荷-位移曲線

3.2 荷載位移骨架曲線

比較預制的高強度鋼筋鋼纖維混凝土梁柱接頭樣本ZJ2和ZJ3，樣本ZJ2的最終載荷在正向加載時略高于樣本ZJ3，在反向加載時的局限性載荷比試樣ZJ3高9%，這表明通過工字梁連接的預制接頭具有較高的梁端彎曲能力。達到極限載荷后，試樣ZJ3的加固范圍更長，平臺部分越長，曲線越低，試樣ZJ2的載荷急劇下降。同時，試樣ZJ2的平均損傷位移比試樣ZJ3的平均損傷位移高約4%，這表明用工字梁連接的預制接頭具有較高的變形能力。

3.3 剛度退化曲線

剛度定義為磁滯曲線的峰值點處的載荷值與磁滯曲線的峰值點處的相應位移值之比。

通過比較三個中間節點試樣的剛度劣化曲線，當沿正向和反向方向加載時，高強度鋼纖維混凝土梁-柱節點試樣ZJ2和ZJ3比現場混凝土接頭試樣ZJ1具有更高的強度劣化曲線。會看到它更柔軟且剛度性能較低。在正向荷載作用下，在節點的核心區域添加工字梁的裝配好的混凝土接頭樣本ZJ2的剛度下降比使用鋼板和端板焊接到節點核心區域的組裝混凝土的接頭樣本ZJ3的剛度下降要強。以后，如果變形能力大，則表明在節點的核心區域添加工字梁可能會減慢接頭試樣的剛度退化。當施加反向載荷時，在混凝土接頭芯區域內具有工字梁接頭的已組裝混凝土接頭試件ZJ2的剛度劣化率降低，焊接鋼板和端板的試件ZJ3相似[3]。

4 結語

對于在節點核心區域中結合工字梁的試件以及在節點核心區域中焊接有鋼板和柱側預埋件的測試件，在節點核心區域添加鋼制連接器以提高整體剛度并確保節點同時，鋼連接器可以均勻地傳遞力，并提高了試樣的最終載荷，滯后能力和能量耗散能力，減緩了剛度的下降，從而改善了預制接頭的抗震性能。與兩種組裝節點相比，工字梁連接的節點不僅具有更高的最終載荷，應變能力和能量耗散能力，而且具有更好的滯后性能，較慢的剛度退化性能和更高的梁旋轉能力。