插接裝配式混凝土梁柱節點抗震性能研究

牛荷媛

◆摘? 要：本文提出一種有局部型鋼和混凝土結構組合而成的裝配式混凝土結構節點設計，通過模擬地震狀態，對比不同參數下新型節點和現澆混凝節點在性能上，分析新型節點設計的抗震性能。發現使用插接裝配式混凝土節點會發生型鋼和周邊混凝土滑移破壞，導致節點的剛度等性能迅速下降;但是使用該方法進行節點設計，但是在承載力上比現澆節點更高，因此如果能保證型鋼和混凝土可靠粘結的情況下，能具有非常好的抗震效果。

◆關鍵詞：插接裝配式混凝土梁;節點;抗震性能;研究

裝配式混凝土結構是目前混凝土建筑發展的重要形式之一，具有較高的生產效率，而且施工也相對方便，環保性也比較強，所以應用比較廣泛。為了能提升構件的連接效果，提升抗震性能，應該加強對新型節點構成的研究，分析新型節點的性能，提升房屋建筑的抗震效果。

1裝配式混凝土框架節點分類方法

依據工程的作業方法，可以將節點分為干連接和濕連接兩種。干連接屬于物理連接，通過預制梁柱中埋設預埋構件，然后使用螺栓、焊接等方式完成連接工作過;濕連接會在梁柱節點位置澆筑混凝土，使預埋構件能變成一個整體。也可以根據抗震設計思路分析節點的類型，將其分為等效現澆節點和非等效現澆節點，等效現澆節點擁有和現澆節點相同的強度、能耗、剛度等參數，其消耗地震能量的途徑主要依靠構件界面的非彈性形變;非等效現澆節點有連接的抗彎承載力低于預制構件的特殊結構，因此地震發生后整體結構都會發生彈性形變，最終依靠構件的彈性震動消耗地震能量，因此也被稱為柔性節點。

2新型插接式混凝土裝配節點概述

新型節點的核心區使用了特殊的預制結構，預制柱內設置鋼箍和補強鋼板，預制梁內的局部埋植了鋼接頭。梁端型鋼的連接端板通過插入鋼筋進行定位工作，然后使用高強度的貫通螺桿，以及完成局部焊接工作，做好對預制混凝土量的連接固定工作。該節點在施工上和鋼結構類似，使用拼裝技術完成對多個預制件的組裝工作，可以簡化構件裝配方式，使構件能滿足裝配效率的要求，下圖為新型節點的示意圖。

3抗震試驗

3.1試件設計和制作

本實驗中對節點采用1：2的縮尺模型設計，然后使用了一個現澆對比試件，通過對比確定節點的抗震強度。由于兩種型鋼伸出混凝土長度和埋入混凝土長度會對抗震效果造成影響，所以在試件使用相同尺寸的情況下，對伸出混凝長度L1和埋入混凝土長度L2進行了特殊設計，型鋼的設計參數如下表

試件的梁柱縱筋和箍筋都使用了HRB400級鋼筋，選擇鋼筋直徑為6毫米、12毫米和16毫米，試件的混凝土強度為C40，并擁有25毫米的保護層厚度，試件的立方強度控制為39.8MPa。插接試件的配筋形式和現澆試件相同，埋入的鋼構件板材厚度有10毫米和12毫米，在構件的加工廠完成對預埋件的焊接。

3.2加載裝置和量測內容

實驗中擦用柱臥式加載方法，用鉸接的方法固定柱子兩端，對柱頂使用了1000kN液壓千斤頂施加軸向荷載;為模擬地震，對梁端使用500kN伺服動作器施加水平往復荷載[3]。通過在節點的核心區域交叉設置位移測量節點分析核心區的剪切變形情況;對梁和柱的上方布置了2個位移計，對梁的轉動截面、截面位置的曲率、梁柱轉角進行設置。

3.3加載方式

實驗過程中根據材料設計值進行加壓，在柱端施加軸力，控制軸壓比為0.35，而且要保證軸壓比恒定。對梁端的壓力加載，使用了變幅位移控制加載方式，通過控制層間位移角進行加載的控制。由于試驗屬于破壞性試驗，因此在破壞構件之后停止加載，在荷載降低到峰值荷載的85%以下時，也停止加載。

4結果分析

4.1試件破壞特征分析

4.1.1現澆試件破壞特征

根據試驗情況，在層間位移角達到了0.35%時，梁的根部開始出現水平彎曲裂縫，繼續施加荷載之后，裂縫開始向遠離節點的位置發展，在荷載加載到1.35%后，靠近根部水平裂縫開始貫通，裂縫的寬度逐漸擴張，達到1-2毫米。繼續對構件施加荷載，發現和梁根部距離已被的范圍內，裂縫仍在不斷增加，而且繼續向傾斜方向延伸，在裂縫超過梁高一倍的位置，裂縫的發展速度明顯降低，通過觀察，發現此處梁端已經出現塑性鉸[4]。在層間位移角達到5%的過程中，水平裂縫的寬度繼續擴大，達到了5-6毫米，此時裂縫已經不能閉合，一些裂縫位置的混凝土開始出現局部脫落的情況。之后承載力開始下降，澆筑節點的梁端受到彎曲破壞。

4.1.2插接試件破壞特征

插接試件結構中，有四個部分具備受力功能，分別是型鋼-混凝土組合受力部分、純型鋼受力部分、螺栓拼接部分、純混凝土受力部分。加載開始過程中，最先在柱的表面有細小的撕裂裂縫出現，其原因在于柱的外伸鋼板和梁型鋼腹板采用焊接的連接方式，導致應力在柱的表面集中。

當層間位移角達到0.75%，補焊縫開始達到抗拉強度，有撕裂的情況出現，之后在柱的側縫位置裂縫停止擴展;隨著測層間位移角達到1.0%，水平裂縫開始在組合的末端出現，由于在結構上由型鋼承擔壓力，因此裂縫的寬展速度很慢;隨著位移角逐漸達到2.25%，裂縫的寬度擴大到1毫米。繼續增大位移角后在梁的側面開始出現彎曲裂縫，在純混凝土彎曲位置裂縫水平擴展。

SA-05-45和SA-10-50的型鋼埋入較深，因此型鋼和混凝土之間具有更強的粘結作用，會有交叉裂縫產生。試件最終受到破壞仍然是型鋼和混凝土之間產生滑移，導致粘結位置受到破壞，從而沿型鋼翼緣有劈裂縫出現。對于試件SA-10-60，在荷載加載的過程中并沒有出現滑移的問題，組合部分在水平彎曲裂縫和粘結作用的影響下有裂縫出現。試件的承載力在實驗過程中經歷了先上升后下降的過程，在偏轉角達到8.5%時，承載力下降到峰值荷載的85%以下。根據分析結果，其產生的破壞屬于梁端彎曲破壞。

4.2滯回曲線分析

由于插接試件的高強度螺桿和孔道、梁型剛接頭和之間存在明顯的間隙，而插接式試件的滯回曲線是明顯的反S型。在層間位移角達到5%左右，試件的余量變形開始增加，此時試件的變形形式以非線性變形、型鋼和混凝土之間幾何非線性變形為主，滯回曲線也變成Z字形。在型鋼埋植深度改變以后，在峰值荷載的變化趨勢上也會有明顯的區別，因為型鋼內埋深度超出梁長20%以后，型鋼可以和混凝土產生非常大的粘結作用，而且滯回曲線的斜率和現澆節點試件相同，并不會出現突變的情況。如果型鋼的埋藏深度比較淺，在層間位移角超過1.35%以后就會出現突降的情況，證明型鋼出現了滑移破壞問題。由此可以確定，埋植深度是決定抗震性能的重要因素[5]。

4.3節點的性能分析

根據對不同插接件裂縫變化情況的分析，確定插接試件的峰值荷載和型鋼埋植深度正相關，插接試件的埋入深度超過400毫米后，具備了高于現澆試件的荷載，最高能高出46%。所以應該對型鋼進行合理設計，合理增加插入深度，能夠改變破壞方式，也能讓節點獲得更高的抗震性能。

4.4節點耗能能力分析

本實驗的耗能能力分析使用了黏滯阻尼系數進行評價，以試件的位移角達到0.5%的破壞過程等效阻尼系數。在該情況下，縣交界點出現梁端彎曲破壞，并且展現出了較強的能耗能力。對于插接式節點，前期主要依靠拼接區的滑移耗能，加載到后期節點內部的型鋼和混凝土之間出現了滑移。經過分析，插接節點的耗能能力比現澆件弱。

4.5節點的剛度退化情況

插接式節點的整體剛度是明顯弱于現澆混凝土構件的，因為插接式節點有組合效應的問題。試件的剛度退化都集中在彈性階段，由于在加載前期就已經出現彎曲裂縫，而且隨著裂縫的發展導致焊縫撕裂，導致節點的剛度明顯退化。進入到加載后期，型鋼的翼緣對核心混凝土具有比較強的約束作用，因此后續裂縫的出現并不會影響構件的整體剛度。隨著繼續增加荷載，試件直接喪失了原有的剛度[6]。

5結束語

通過對地震的模擬，發現現澆節點的狀態變化以完全破壞為主，而插接式節點在型鋼、混凝土之間黏結作用失效時，梁上將會出現滑移破壞，由于縱向劈裂縫在梁端組合部分產生。插接式節點無論在剛度和耗能上都要弱于現澆節點，但是通過增加型鋼的埋入深度，可以明顯提升耗能能力和剛度。

參考文獻

[1]郭震，賈笑巖，丁嘉慧，等.插接裝配式混凝土梁柱節點抗震性能[J].中國礦業大學學報，2021，50（02）：256-264.

[2]張少春.裝配式混凝土梁柱中節點抗震性能試驗研究[J].粘結，2021，45（03）：192-196.

[3]丁克偉，陳偉.裝配式混凝土梁柱節點抗震性能試驗和恢復力模型研究[J].沈陽建筑大學學報（自然科學版），2021，37（01）：51-60.

[4]丁克偉，韓苗蘭.裝配式混凝土半剛性梁柱節點的抗震性能研究[J].工程抗震與加固改造，2020，42（04）：63-69+45.

[5]韓苗蘭.裝配式混凝土半剛性梁柱節點的抗震性能試驗研究[D].安徽建筑大學，2020.

[6]張書振.裝配式再生混凝土梁柱節點抗震性能研究[D].廣東工業大學，2020.