裝配式混凝土梁柱中節(jié)點抗震性能試驗研究

張金晶

摘? 要：針對裝配式混凝土結構，梁柱中節(jié)點連接方式至關重要，也是當前裝配式建筑結構設計的難點。文章以綜合試驗法，選取4個1/2比例裝配式混凝土梁柱中節(jié)點，進行對比試驗，開展低周往復荷載試驗，重點研究和分析節(jié)點區(qū)域加勁腹板厚度和開孔影響，研究該節(jié)點的受力特性及抗震性能。總結分析了4個試件結構的破壞規(guī)律、滯回曲線及承載力變化等，發(fā)現裝配式混凝土梁柱中節(jié)點的穩(wěn)定性、設計可靠性及抗震性能較好。

關鍵詞：裝配式混凝土;梁柱節(jié)點;抗震性能;滯回曲線

中圖分類號：TU378.4? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：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)點連接結構體系看，具有自重輕、跨徑長、施工便利等優(yōu)勢，從抗震性能方面研究看，可在震后的恢復中使用高箍筋約束力的方式，增強梁柱中節(jié)點的抗震性能，并可削弱梁端結構構造，形成塑性鉸，促進地震傳播過程中能量的分散，在地震后受損構件修復中可選用替換性結構。傳統(tǒng)節(jié)點結構在使用性能、抵抗力等方面仍存在一定應用局限，由于節(jié)點剪切破壞、承壓破壞等，不僅降低施工效率，加大施工難度，同時節(jié)點剛度的使用需求難以滿足，給工程實踐帶來諸多難題[1]。基于此，應用新型節(jié)點構造，如通過焊接的形式將鋼板桶與加筋腹板相連，增加對混凝土的約束力，新型構件節(jié)點結構可通過預制廠的預制生產實現。

1 試驗設計及主要內容

1.1 試件主要參數及制作

本試驗試件選取裝配式混凝土梁柱中節(jié)點部分結構試件4個，編號分別表示為RCSJ1、RCSJ2、RCSJ3和RCSJ4。4個試件主要參數見下表1。

表1 4個試件主要參數（希望這4個試件中有一個是普通現澆混凝土的，這樣才有對比）

所有選取試件節(jié)點構造主要由壁板結構、加勁腹板、鋼板桶及內部澆筑混凝土，不配置箍筋。通過預埋的方式進行有效連接。其中鋼板桶及鋼梁結構均在預制廠中生產，所有焊縫質量保證在二級以上，試件制作流程應首先預制鋼筋混凝土柱、然后裝配鋼梁結構再對整體試件進行焊接處理。節(jié)點構造示意圖及實物圖如圖1、2所示。其中圖1中1～7結構點編號按順序分別表示：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)進行試件加載作業(yè)，保證實現動靜態(tài)等三個作業(yè)方向。加載過程中，首先對構件選擇豎向加載，待加載數值穩(wěn)定后，梁端結構初始值控制為0，按照相關規(guī)范中擬靜力試驗的相關規(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)點結構處的屈服位移控制在0.1cm，同時對梁端結構進行反對稱加載，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)時試件結構得到破壞[2]。

1.3 試驗數據的收集

試驗數據的收集參數主要包含有柱頂端的荷載、梁端結構的荷載及其位移值，數據收集自動化儀器設備選擇使用FSC全數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次數據，主要包含有檢測時間點的荷載值及對應加載位移值;混凝土結構的表面由白漿涂抹，并畫出50mm×50mm方格，記錄混凝土結構的裂縫開展情況，以每循環(huán)1次為準，對現場結構進行拍照記錄。

2 試驗結果及分析

2.1 試驗機理及過程

4個試件中對應的是梁鉸機制破壞，以試件RCSJ1為例，加載值達到72kN時，對應節(jié)點區(qū)域混凝土結構呈現斜向裂縫破壞，此狀態(tài)下的水平位移為15mm;當加載值達到100kN時，對應鋼梁結構翼緣板測點應變最大屈服過程中出現了少量的新型交叉裂縫結構。位移角1/50循環(huán)中，70%的測點應變超過了翼緣板結構的屈服應變節(jié)點，同時對應節(jié)點混凝土結構的斜向裂縫逐步的趨于穩(wěn)定狀態(tài)，在加勁腹板結構處，主拉應變值達到突變狀態(tài)。同樣，在位移角達到1/35和1/25時，節(jié)點加載區(qū)域分別出現開始屈服、屈服狀態(tài)嚴重，直到鋼梁結構出現平面外的扭轉后，試驗終止。整個試驗過程中，鋼梁結構的端板及對應鋼板桶結構之間呈現出緊密相連的狀態(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的荷載作用下，荷載施加過程與變形之前的關系，是研究裝配式混凝土結構抗震性能的主要依據。試件RCSJ2和RCSJ3在往復荷載作用條件下，其滯回曲線如圖3、4所示。由圖中可以看出，智慧曲線呈現出棱形、不飽滿狀態(tài)，主要反映的是整體結構及構件加載過程中的彈性變形結構穩(wěn)定性，在變形量相對較小的狀態(tài)下，對應承載力能夠達到鋼筋混凝土結構3倍以上，所有試件在加載的過程中都未發(fā)生側滑。

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降低現象，破壞后的試件結構觀察分析可得，鋼筋混凝土梁柱中節(jié)點結構在焊接過程中呈現出質量下降趨勢，并存在一定的缺陷，主要是由于該構件結構在加固處理以后，導致試件結構的下部限制了塑性變形導致，使得塑性變形量相對減小[4]。

應變量主要原因分析。構件結構在加載初期階段，加勁腹板結構處的應變量相對較小，而通過每次循環(huán)加載，導致滯回曲線中的回環(huán)部分基本呈現重合狀態(tài)，在節(jié)點混凝土結構呈現出斜向開裂后，對應加勁腹板及其混凝土結構可通過共同抗剪參與節(jié)點應變增長速度的加快，平攤了節(jié)點結構處的部分剪力，同時腹板結構的主拉應變呈現出較快增長的趨勢。

3 變形分析

可以截面結構的平均曲率？鬃表示，引申儀要以0.8倍梁端高范圍進行布置，并測量翼緣結構的伸長、縮短量，平均曲率？鬃按照以下公式求得：

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

以RCSJ2試件為例，在翼緣屈服前，對應鋼梁結構主要以彈性變形為主，并且曲率呈現出一定的彎曲增長的趨勢，同時在位移角1/50循壞處理后，會隨著整體翼緣屈服范圍的增大而逐漸增大，同時塑性結構中的鉸區(qū)曲率明顯增加，梁端塑性結構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，會導致初始階段的剛度呈現持續(xù)增加的狀態(tài)，且對應的數值曲線呈現出上升變化態(tài)勢，同時由于高強螺栓的預緊力的增加，導致梁端與柱面板結構之間呈現出一定的擠壓力。

4 結束語

（1）裝配式混凝土框架結構采用無箍筋形式連接，對應連接方式滿足整體抗震的需求，同時連接方式較為可靠。

（2）延展性較好，位移延性系數可達3.3。

綜上所述，裝配式混凝土梁柱中節(jié)點的穩(wěn)定性、設計可靠性及抗震性能比較突出。

參考文獻：

[1]顏軍，羅海艷，郎龑.裝配式框架結構節(jié)點研究現狀與展望[J].混凝土與水泥制品，2016（01）：75-79+84.

[2]劉陽，郭子雄，戴鏡洲，等.不同破壞機制的裝配式RCS框架節(jié)點抗震性能試驗研究[J].土木工程學報，2013，46（03）：18-28.

[3]吳成龍，劉繼明，趙凱常.預制裝配式混凝土框架節(jié)點抗震性能研究進展[J].混凝土，2019（03）：130-133+139.

[4]王書磊，王法承，劉艷芝，等.裝配式鋼筋混凝土柱-鋼梁節(jié)點抗彎性能有限元分析[J].鐵道科學與工程學報，2018，15（08）：2014-2022.

[5]門進杰，郭智峰，史慶軒，等.鋼筋混凝土柱-腹板貫通型鋼梁混合框架中節(jié)點抗震性能試驗研究[J].建筑結構學報，2014，35（08）：72-79.