高強螺栓連接裝配式組合形柱抗震性能試驗研究

高強螺栓連接裝配式組合形柱抗震性能試驗研究

0預(yù)制構(gòu)件與工廠制作安裝建筑在提高施工效率、減少污染方面具有明顯的優(yōu)勢。預(yù)制結(jié)構(gòu)的預(yù)制構(gòu)件可在工廠制造，然后運輸?shù)浆F(xiàn)場安裝，避免在施工現(xiàn)場的濕工作，有效降低能源消耗和勞動力成本。1試驗總結(jié)1.1試驗構(gòu)件設(shè)計參數(shù)試驗以軸壓比及含鋼率為設(shè)計變化參數(shù)，按1∶2縮尺設(shè)計制作了4個采用高強螺栓連接的裝配式組合T形柱試件(PSCC-1～PSCC-4),其中PSCC-1～PSCC-3試件用于比較不同軸壓比的影響，PSCC-2及PSCC-4試件用于比較不同含鋼率的影響，除控制參數(shù)外，各試件的其他因素如幾何尺寸、內(nèi)部配筋及螺栓布置等均相同，試件設(shè)計參數(shù)見表1。柱高為1525mm,柱沿腹板方向截面高度為400mm,柱肢厚度100mm,肢高厚比為4.0。試驗采用強度等級為C40的普通商品混凝土，實測立方體抗壓強度平均值為41.2MPa,彈性模量為32.7GPa。試驗段柱配筋：縱筋12裝配式組合異形柱分為上下兩部分預(yù)制結(jié)構(gòu)，上部預(yù)制結(jié)構(gòu)包括試驗柱段和加載端頭，下部預(yù)制結(jié)構(gòu)為預(yù)埋有鋼底座的鋼筋混凝土基座，試件裝配時，將上部預(yù)制柱的縱筋對準(zhǔn)鋼底座的套筒，底座螺栓亦對準(zhǔn)上部預(yù)制柱底部T形鋼板的螺栓孔，隨后將上部預(yù)制柱縱筋插入底座，并使用扭矩扳手將螺母擰入伸出上部T形鋼板螺栓孔的螺栓，并將伸出底座底部的縱筋亦用螺母擰緊，從而使上下部預(yù)制結(jié)構(gòu)牢固地裝配在一起，裝配過程如圖1(b)所示。1.2試件安裝及荷載分析試驗采用懸臂柱的加載方式，試件底部采用兩根反力梁進行固定，反力梁由高強螺桿與地槽相連，通過擰緊反力梁上的螺母實現(xiàn)柱底與地面的固接，同時在柱頂設(shè)置滾軸，以減小摩擦。試驗的水平及豎向荷載分別由電液伺服加載系統(tǒng)和液壓千斤頂施加，且規(guī)定作動器推出時(腹板受壓)為正向加載，作動器回拉時(翼緣受壓)為負(fù)向加載。此外，試件頂部及底部均安裝有位移傳感器，以此測量柱頂位移及監(jiān)測柱底是否產(chǎn)生滑移，試件安裝示意圖如圖2所示。試驗采用荷載-位移混合控制的加載方式，試件屈服前采用荷載控制，荷載增量為前期每級20kN,在試件開裂后接近屈服時荷載增量變?yōu)槊考?0kN,以更準(zhǔn)確得到試件屈服荷載。試件屈服后變?yōu)槲灰瓶刂萍虞d，每級位移進行3次循環(huán)加載，待水平荷載下降至峰值荷載的85%時停止試驗，加載制度如圖3所示。2運行破壞分析2.1位控加載階段所有試件均發(fā)生剪切破壞，試件達到其開裂荷載后，腹板側(cè)面出現(xiàn)一條與水平向約呈45°的斜裂縫，隨著循環(huán)加載的進行，在正負(fù)交替的水平力作用下腹板兩側(cè)出現(xiàn)大量交叉受剪斜裂縫，相交的斜裂縫將試件的混凝土表面分割成許多菱形塊狀。試件具體破壞過程可描述如下：加載初期，試件處于彈性受力狀態(tài)，裂縫尚未開展，構(gòu)件處于無損階段；隨著荷載的增大，構(gòu)件開始出現(xiàn)損傷，當(dāng)荷載增大到峰值荷載50%～60%時，腹板出現(xiàn)首條斜裂縫；隨著荷載繼續(xù)增大，斜裂縫不斷增多并逐漸交叉，且腹板兩側(cè)面的斜裂縫大致呈對稱分布；當(dāng)荷載增加至峰值荷載80%左右時，槽鋼應(yīng)變達到屈服值，試件屈服，進入位控加載階段；位控階段1Δ對于裝配式結(jié)構(gòu)，其連接部位的可靠性至關(guān)重要，這是試件充分發(fā)揮其整體受力性能的關(guān)鍵，試件最終破壞時其裝配連接部位如圖5所示。由圖5可以看出，試件破壞時，其裝配連接部位仍正常工作，破壞僅發(fā)生在試件上部試驗柱段，上部預(yù)制構(gòu)件的T形鋼板與底座未產(chǎn)生滑移，底座上部螺栓亦未見明顯變形，螺母保持完好，表明這種高強螺栓連接的裝配式連接方式可靠，受力穩(wěn)固，可達到等同現(xiàn)澆的效果。3試驗結(jié)果及分析3.1受力性能分析試驗測得各試件的滯回曲線如圖6所示，滯回曲線總體有如下特點：①與普通鋼筋混凝異形柱不同，裝配式組合T形柱的滯回曲線正負(fù)向較對稱，捏攏現(xiàn)象不明顯，表明在肢端配置槽鋼后異形柱具有較好的受力性能；②加載初期，試件損傷較小，水平荷載增大的幅度較大，隨著位移的增加，試件裂縫開展延伸，損傷加重，水平荷載增加的幅度隨之減?。虎蹨厍€中各滯回環(huán)的面積隨著加載位移的增加而增大，表明在加載過程中試件的耗能不斷增大；④隨著加載位移的增大，試件滯回環(huán)對角線逐漸向位移軸傾斜，表明試件損傷不斷加重，強度及剛度逐漸衰減。3.2軸壓比對骨架曲線的影響骨架曲線為滯回曲線的包絡(luò)線，反應(yīng)了構(gòu)件加載過程中的內(nèi)力路徑，為便于比較，分別將不同軸壓比的三個試件(PSCC-1、PSCC-2、PSCC-3)及不同含鋼率的兩個試件(PSCC-2、PSCC-4)的骨架曲線繪制于同一坐標(biāo)系中，所得的骨架曲線如圖7所示，由圖7可以看出，各試件在加載過程中均經(jīng)歷了彈性段、強化段及下降段3個階段。①由圖7(a)可知，不同軸壓比試件其峰值荷載差別不大，但其骨架曲線上升段及下降段的斜率具有顯著差異，軸壓比越大，試件骨架曲線的上升段及下降段越陡峭，說明試件的初始剛度隨著軸壓比的增加而增大，但同時試件后期荷載下降的速度也越快，塑性變形能力較差，表明增大軸壓比不利于試件后期的受力。②由圖7(b)可知，提高試件的含鋼率，試件的峰值承載力相應(yīng)提高，骨架曲線的下降段也較平緩，同時其骨架曲線的正負(fù)向亦更為對稱，表明提高含鋼率可在一定程度上提高試件的抗震承載力及延性，改善試件的受力性能。3.3軸壓比對基本粒子延性系數(shù)的影響試件特征點荷載、位移及延性系數(shù)見表3,表3中各符號的含義如下：根據(jù)表3,對比PSCC-1～PSCC-3數(shù)據(jù)可知，隨著軸壓比的增加，試件的開裂荷載及屈服荷載增大，但位移延性系數(shù)減小，試件軸壓比從0.4增加到0.6及0.75時，其平均位移延性系數(shù)分別下降了1.6%和4.1%,延性性能逐漸降低，這是由于在較大的軸壓比下試件的3.4能耗能分析構(gòu)件的耗能能力一般可采用等效黏滯阻尼系數(shù)3.5軸壓比對剛度退化率的影響在低周反復(fù)荷載作用下，隨著循環(huán)次數(shù)的增多，試件的損傷不斷積累，剛度隨之不斷下降，試件的剛度可采用平均環(huán)線剛度從圖9中可以看出各試件的剛度退化均呈現(xiàn)出先快后慢的規(guī)律，這是由于加載初期試件裂縫需要開展延伸，導(dǎo)致其剛度退化較快，裂縫發(fā)展穩(wěn)定之后剛度退化速度相應(yīng)減緩。從圖9(a)可看出，軸壓比增大，試件的初始剛度隨之增大，但同時其剛度退化曲線也越陡峭，剛度退化越快，表明軸壓比增大可提高試件的初始剛度，但亦會使加載后期試件的損傷加重，使其剛度退化程度較大。從圖9(b)可知，PSCC-4試件的初始剛度要大于PSCC-2,說明增大含鋼率試件的初始剛度隨之提高，但二者后期的剛度退化曲線接近，表明增大含鋼率對試件后期的剛度退化影響不大。4高強螺栓連接①新型T形截面裝配式異形柱的破壞發(fā)生在柱身試驗段，試件破壞時，裝配連接部位工作正常，上部預(yù)制構(gòu)件的T形鋼板與底座未產(chǎn)生滑移，底座上部高強螺栓未見明顯變形，螺母保持完好，表明采用高強螺栓連接的裝配