部分預(yù)應(yīng)力混凝土扁梁框架節(jié)點(diǎn)的擬靜力試驗(yàn)研究.doc

部分預(yù)應(yīng)力混凝土扁梁框架節(jié)點(diǎn)的擬靜力試驗(yàn)研究房貞政 ,李斌 ,鄭則群( 福州大學(xué)結(jié)構(gòu)工程研究所 ,福建 福州 350002)摘要 :本文進(jìn)行了四個(gè)部分預(yù)應(yīng)力混凝土扁梁框架節(jié)點(diǎn)的擬靜力試驗(yàn)研究 。通過(guò)四個(gè)不同試件的試驗(yàn)研究分析了節(jié)點(diǎn)的變形能力 、耗能能力 、延性和剛度退化等抗震性能 ,同時(shí)分析了低周反復(fù)荷載作 用下預(yù)應(yīng)力混凝土框架節(jié)點(diǎn)的破壞機(jī)理 。關(guān)鍵詞 :預(yù)應(yīng)力混凝土扁梁 ;框架節(jié)點(diǎn) ;擬靜力試驗(yàn) ;抗震性能中圖分類號(hào) : P315. 97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :AQua si2static experimental study on fra me joints with partiallyprestressed concrete flat bea mFANG Zhen2zheng ,L I Bin ,ZHENG Ze2qun( Institute of Structural Engineering ,Fuzhou University ,Fuzhou 350002 ,China)Abstract :Four beam2column joints with partially prestressed concrete flat beam are tested under reversed cyclic lateralloading in this paper . The aseismatic behaviors of beam2column joints such as transform capacity , energy dissipating ca2 pacity , ductility and stiffness deterioration etc . are studied. Based on the results of the four2joint tests ,the failure mecha2 nism of the beam2column joints of frame under reversed cyclic load is analysed.Key words :prestressed concrete flat beam ;frame joints ; quasi2static experiment ;aseismatic behaviors預(yù)應(yīng)力混凝土扁梁框架結(jié)構(gòu)由于可以有效地降低建筑高度 ,近年來(lái)得到很廣泛的應(yīng)用 。當(dāng)這種結(jié)構(gòu)可以使用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)時(shí) ,則其施工更為簡(jiǎn)便 ,經(jīng)濟(jì)效益也更好1 。本文針對(duì)這種扁梁框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的抗 震性能進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)研究 ,以探討預(yù)應(yīng)力混凝土扁梁框架結(jié)構(gòu)的抗震性能 。本文的框架節(jié)點(diǎn)模型擬靜 力試驗(yàn) ,選擇有代表性的內(nèi) 、外框架節(jié)點(diǎn) ,并以扁梁結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) ,以相同預(yù)應(yīng)力度下預(yù)應(yīng)力筋分別設(shè)置在內(nèi)核心區(qū)與外核心區(qū)和不同軸壓比等參數(shù)進(jìn)行比較 。節(jié)點(diǎn)模型的預(yù)應(yīng)力施加采用無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力方法 。1 節(jié)點(diǎn)模型的設(shè)計(jì)1. 1節(jié)點(diǎn)模型設(shè)計(jì)原則本試驗(yàn)著重研究扁梁框架內(nèi)節(jié)點(diǎn)與邊柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能 ,為使節(jié)點(diǎn)模型擬靜力試驗(yàn)?zāi)芊瞎こ虒?shí)際 ,并 能達(dá)到試驗(yàn)的目的 ,框架節(jié)點(diǎn)模型設(shè)計(jì)的原則為 :強(qiáng)柱弱梁 ,確保柱正截面受彎承載力之和大于梁所承擔(dān)的正截面受彎承載力之和 ,即 Mc = 1. 2 M b ,保證塑性鉸首先出現(xiàn)在扁梁 ; 強(qiáng)剪弱彎 ,梁 、柱抗剪承載力收稿日期 :20032 06230 ;修訂日期 :20032 07230大于構(gòu)件彎曲時(shí)實(shí)際達(dá)到的剪力值 ,避免過(guò)早產(chǎn)生剪切破壞 ;選取合適的預(yù)應(yīng)力度 ( = 0 . 65) , 限制扁梁截面在破壞時(shí)的受壓區(qū)高度不大于 0 . 25 hb 。框架節(jié)點(diǎn)的梁柱長(zhǎng)度均按受力反彎點(diǎn)確定 ?？蚣芄?jié)點(diǎn)的邊界條件與加載模式采用在柱端施加水平反復(fù) 荷載或位移 ,此時(shí)梁可在水平方向移動(dòng)但垂直方向受到約束 ,產(chǎn)生剪力和彎矩 。這種邊界條件比較符合框架 節(jié)點(diǎn)的實(shí)際受力狀態(tài) 。1. 2節(jié)點(diǎn)模型尺寸與配筋本文試驗(yàn)的四個(gè)預(yù)應(yīng)力混凝土扁梁框架節(jié)點(diǎn)是以實(shí)際工程常見(jiàn)的節(jié)點(diǎn)尺寸約以 1/ 3 的比例縮形 ,其中 , 兩個(gè)為內(nèi)節(jié)點(diǎn) (UPPCJ - 1 和 UPPCJ - 2) ,另外兩個(gè)為邊柱節(jié)點(diǎn) (UPPCJ - 3 和 UPPCJ - 4) 。各試件間區(qū)別考慮 的因素主要是在相同預(yù)應(yīng)力度下 ,預(yù)應(yīng)力筋分別布置在內(nèi)核心區(qū)和外核心區(qū)對(duì)節(jié)點(diǎn)抗剪承載力的影響 ,并且 比較內(nèi)節(jié)點(diǎn)和邊柱節(jié)點(diǎn)的抗震性能 。各節(jié)點(diǎn)試件的尺寸和配筋如圖 1 與圖 2 所示 。節(jié)點(diǎn)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40 。預(yù)應(yīng)力筋采用 75 無(wú)粘結(jié)筋 ,一端張拉 。張拉控制應(yīng)力為con = 0 . 4fptk = 0 . 4 1860 = 744MPa 。圖 1 內(nèi)節(jié)點(diǎn)試件尺寸及配筋圖1. 3節(jié)點(diǎn)模型材料的力學(xué)性能節(jié)點(diǎn)模型采用的混凝土與鋼筋的材性指標(biāo)的實(shí)測(cè)值列于表 1 。表 1混凝土和鋼筋材性指標(biāo)的實(shí)測(cè)值鋼筋混凝土A s/ mm2f y/ MPaf u/ MPaEs/ 105MPaf cu/ MPaf c/ MPaf t/ MPaEc/ 104MPa規(guī)格 6強(qiáng) 屈 比Pu/ Py1 . 451 . 141. 09反映耗能的指標(biāo)可用等效粘滯阻尼系數(shù)和功比指數(shù)3 ,4,本文采用功比指數(shù)評(píng)價(jià)無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土n Pi iPIw =yyi = 1式中 : n 、i 分別表示某一荷載級(jí)別下的循環(huán)次數(shù)和循環(huán)序數(shù) ;Pi 、i 分別表示第 i 循環(huán)的荷載和位移 。 三個(gè)節(jié)點(diǎn)試件在各級(jí)控制位移作用下的功比指數(shù)如圖 11 所示 。顯然 ,內(nèi)節(jié)點(diǎn) UPPCJ - 1 與 UPPCJ - 2 的耗能能力優(yōu)于邊柱節(jié)點(diǎn) UPPCJ- 4 。這說(shuō)明雖然從滯回曲線的飽滿程度上看 ,UPPCJ - 4 最飽滿 ,但由 于邊柱節(jié)點(diǎn)的最大荷載和破壞荷載小于內(nèi)節(jié)點(diǎn) ,當(dāng)采用考慮承載力因 素的功比指數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)構(gòu)件的耗能能力時(shí) ,同樣參數(shù)的中節(jié)點(diǎn)要比邊節(jié) 點(diǎn)的功比指數(shù)性能優(yōu)越 。而對(duì)于中節(jié)點(diǎn) UPPCJ - 1 與 UPPCJ - 2 ,由于施 加的軸壓比不同 ,因此其功比指數(shù)也表現(xiàn)得不同 ,軸壓比大的節(jié)點(diǎn)其功比指數(shù)要更優(yōu)越些 。試驗(yàn)還說(shuō)明軸壓比不同而其他參數(shù)相同的節(jié)點(diǎn)在圖 11 功比指數(shù)隨加載歷程的變化圖說(shuō)明 : 位移系數(shù)為負(fù)表示作動(dòng)器反向施加 控制位移時(shí)對(duì)應(yīng)的延性參數(shù) 。水平力作用下 ,其開(kāi)裂荷載基本相同 ,但軸壓比大的節(jié)點(diǎn)其最大荷載與破壞荷載要大得多 。4. 3節(jié)點(diǎn)核心區(qū)鋼筋受力情況在四個(gè)節(jié)點(diǎn)模型的擬靜力試驗(yàn)過(guò)程中 ,無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋受力的公共點(diǎn)是在扁梁框架節(jié)點(diǎn)試件達(dá)到屈服 荷載前 ,無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的預(yù)應(yīng)力增量值都很小 。當(dāng)試件屈服以后 ,無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力增量才有非線性 的增長(zhǎng) ,但直至節(jié)點(diǎn)破壞預(yù)應(yīng)力筋均未達(dá)到屈服強(qiáng)度 。在試驗(yàn)過(guò)程中 ,各扁梁框架節(jié)點(diǎn)試件的內(nèi)核心區(qū)水平 箍筋應(yīng)變始終未超過(guò) 1000,即均未屈服 。這表現(xiàn)了預(yù)應(yīng)力對(duì)節(jié)點(diǎn)抗剪承載力的有利作用 。對(duì)于普通的鋼 筋混凝土框架節(jié)點(diǎn) ,由于梁寬小于柱寬 ,柱縱筋對(duì)梁縱筋起約束作用 。因此 ,大多數(shù)國(guó)家的工程實(shí)踐沒(méi)有設(shè) 置豎向箍筋 。本文這批的扁梁節(jié)點(diǎn)在外核心區(qū)也沒(méi)有配置水平箍筋和豎向箍筋 。在試驗(yàn)中則出現(xiàn)了的外核 心區(qū)扁梁縱筋外鼓情況 ,這說(shuō)明在扁梁框架節(jié)點(diǎn)處有必要設(shè)置豎向箍筋 ,以避免外核心區(qū)扁梁縱筋在受壓的 情況下產(chǎn)生屈曲 。由于本次試驗(yàn)的節(jié)點(diǎn)模型在外核心區(qū)沒(méi)有配置水平箍筋和豎向箍筋 ,因此 ,預(yù)應(yīng)力筋布置在柱截面內(nèi)與柱截面外的受力區(qū)別不明顯 。5 結(jié)論本文的試驗(yàn)探討了無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土扁梁框架典型的中節(jié)點(diǎn)與邊節(jié)點(diǎn)的擬靜力試驗(yàn)研究 ,可以得到 以下幾個(gè)初步結(jié)論 :(1) 本文進(jìn)行低周反復(fù)荷載作用下與實(shí)際工程相應(yīng)的扁梁框架中節(jié)點(diǎn)和邊節(jié)點(diǎn)模型試驗(yàn) ,其位移延性 系數(shù) (u/ y) 均達(dá)到 4 以上 ,即具有較好的延性 ,滿足延性抗震設(shè)計(jì)要求 。(2) 本試驗(yàn)的型框架內(nèi)節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)為外核芯區(qū)剪切破壞 ,而框架邊柱節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)為扁梁梁端 彎剪破壞 。(3) 從節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)的滯回曲線與骨架曲線來(lái)看 :預(yù)應(yīng)力混凝土扁梁框架節(jié)點(diǎn)具有較好的耗能能力 ,且恢復(fù) 力較好 。與內(nèi)節(jié)點(diǎn)相比 ,邊柱節(jié)點(diǎn)的滯回曲線飽和 ,骨架曲線的下降段也比較平緩 ,延性較好 。但從功比系 數(shù)來(lái)看其強(qiáng)屈比要小 ,因此 ,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能不能僅從滯回曲線與骨架曲線來(lái)判斷 ,應(yīng)從多項(xiàng) 指標(biāo)綜合考慮 。(4) 本次的扁梁框架節(jié)點(diǎn)試驗(yàn) ,由于在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)外沒(méi)有設(shè)置箍筋 ,在試驗(yàn)中出現(xiàn)外核心區(qū)內(nèi)的扁梁縱 筋壓彎鼓出現(xiàn)象 ,使得縱筋壓曲 ,可見(jiàn)在柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)外設(shè)置箍筋是重要的 ,建議在扁梁框架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng) 設(shè)置豎向箍筋 。(5) 從不同軸壓比的節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)可證實(shí) :軸壓比增大能明顯提高其水平破壞承載力 ,這與國(guó)內(nèi)以往的節(jié)點(diǎn) 擬靜力試驗(yàn)都有同樣的結(jié)果 ,本課題還將作進(jìn)一步探討 。參考文獻(xiàn) :1234房貞政. 無(wú)粘結(jié)與部分預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)M. 北京 :人民交通出版社 , 1999 .J GJ 101 - 96 建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程S.沈聚敏 ,周錫元 ,高小旺等. 抗震工程學(xué)M. 北京 :中國(guó)