新型連接方式的混凝土后澆整體式梁柱節(jié)點抗震性能試驗研究

新型連接方式的混凝土后澆整體式梁柱節(jié)點抗震性能試驗研究

預制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是一種常見的建筑結(jié)構(gòu)體系。與現(xiàn)有混凝土結(jié)構(gòu)的根本不同在于預制混凝土結(jié)構(gòu)中柱、梁和板的連接方式。對美國Northridge等地震的震害調(diào)查表明:預制混凝土墻結(jié)構(gòu)在震后破壞較輕,而一些大空間的預制混凝土框架結(jié)構(gòu)破壞較嚴重,主要表現(xiàn)為因各構(gòu)件間的連接破壞而導致結(jié)構(gòu)整體離散、倒塌。因此預制構(gòu)件間的連接是預制混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié),也是預制混凝土結(jié)構(gòu)抗震研究的重點及結(jié)構(gòu)整體抗震研究的前提和基礎。為推進住宅產(chǎn)業(yè)化進程,萬科企業(yè)股份有限公司在引進日本成熟技術的前提下,聯(lián)合國內(nèi)高校開展了相應的試驗研究[3―6],建立了具有自身特色的預制混凝土裝配結(jié)構(gòu)體系。對于梁柱邊節(jié)點,其底筋、面筋均采用CABR鋼筋錨固板連接。對于梁柱中節(jié)點,底筋優(yōu)先采用“一級套筒螺紋接頭”,部分難操作位置采用新型“銅壓板密封焊接工藝”,在節(jié)點箍筋加密區(qū)進行同一連接區(qū)段內(nèi)對焊連接,形成連續(xù)鋼筋,然后現(xiàn)澆混凝土,使預制梁、柱形成剛性節(jié)點。但此新型梁柱中節(jié)點的構(gòu)造與《混凝土結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》(GB50010-2002)相關條文存在差異,表現(xiàn)在:1)梁柱節(jié)點區(qū)面積有限,無法滿足10.4.2條對于框架梁下部縱向鋼筋在中間節(jié)點處的錨固長度的要求;2)梁柱中受力鋼筋在箍筋加密區(qū)內(nèi)同一連接區(qū)段內(nèi)連接,不滿足11.1.7的第4條對鋼筋連接百分率與位置的要求。試驗通過進行足尺后澆整體式梁柱節(jié)點構(gòu)件的擬靜力加載試驗,以驗證不同連接方式對構(gòu)件抗震性能的影響及施工的安全可靠性,同時分析對焊對梁底筋力學性能的影響,以解決節(jié)點抗震、延性等問題。1梁與柱的節(jié)點鋼筋試驗共設計了4個足尺梁柱組合構(gòu)件,分別為梁底縱筋對焊焊點居中的構(gòu)件PC-LZ-1-1、PC-LZ-1-2與梁底縱筋對焊焊點靠近柱邊的構(gòu)件PC-LZ-2-1、PC-LZ-2-2?；炷翉姸鹊燃壘鶠镃40;試件梁柱采用對稱配筋,梁與柱受力縱筋采用Ⅱ級鋼筋,直徑分別為25mm和22mm;箍筋采用Ⅰ級鋼筋,直徑為10mm。為了加強疊合面的水平抗剪能力,在預制構(gòu)件成型時對澆筑面進行人工打毛處理。為增加梁柱節(jié)點抗剪能力,梁端設有剪力鍵。試件裝置圖見圖1。各試件的設計規(guī)格見表1。2加載階段中疊合構(gòu)件的構(gòu)造性能在試驗之前用千斤頂一次性施加豎向荷載至試件預定的軸壓力并使其保持恒定,然后采用電液伺服加載器在梁端施加低周反復豎向荷載。豎向荷載的施加采用荷載-變形雙控制方法進行加載。通過觀察,在低周反復荷載作用下對焊焊點居中和對焊焊點靠近柱邊構(gòu)件開裂破壞過程與特征基本相似,表現(xiàn)為梁端塑性鉸充分轉(zhuǎn)動,一直到縱筋屈服,受壓區(qū)混凝土被壓酥,承載力下降到破壞階段。在此過程中,節(jié)點沒有發(fā)生剪切破壞。在位控加載階段,PC-LZ-1-2與PC-LZ-2-1在第二級加載過程中出現(xiàn)了沿疊合面的水平裂縫,但在接下來的加載過程中無論縫隙長度或?qū)挾染鶝]有繼續(xù)增加,這說明疊合構(gòu)件的整體性能能夠得到保證。以節(jié)點PC-LZ-1-1為例,對焊連接構(gòu)件的典型破壞情況見圖2。3試驗結(jié)果與分析3.1梁端滯回環(huán)截面為反弓形,梁端擴展,調(diào)整后殘余變形迅速試驗結(jié)果表明,兩種類型節(jié)點的滯回曲線比較類似。以PC-LZ-1-1為例(見圖3),各構(gòu)件力控階段滯回曲線均呈明顯的尖梭形而且殘余變形很小。梁端開裂后,加載曲線和卸載曲線的斜率逐漸減小,呈現(xiàn)一定程度的捏攏現(xiàn)象,試件剛度逐漸退化。隨著加載點側(cè)移的增大,梁端形成塑性鉸并不斷發(fā)展,構(gòu)件的滯回環(huán)所包圍的面積不斷增加,表現(xiàn)出良好的耗能能力。繼續(xù)加載的過程中,鋼筋滑移增大,滯回環(huán)形狀向反弓形發(fā)展。接近破壞階段,鋼筋發(fā)生更大量的滑移,滯回環(huán)形變成Z形。3.2破壞荷載的延性從4個試件的骨架曲線圖4中,可發(fā)現(xiàn)梁底筋焊接位置不同的兩種類型節(jié)點構(gòu)件曲線類似,同時可以確定出各試件的屈服荷載Py、屈服位移?y、最大荷載Pmax和最大荷載所對應的位移?max。取試件的破壞荷載Pu=0.85Pmax,相應的位移為試件的極限位移?u,定義試件的延性系數(shù)μ=?u/?y,4個試件的延性相關數(shù)據(jù)如表2所示。由表2中數(shù)據(jù)可以看出,4個構(gòu)件的延性基本一致,這主要是由于4個試件的破壞均屬于梁端彎曲破壞,試件的延性系數(shù)受節(jié)點形式的影響較小。3.3環(huán)周期滯回曲線能量采用Celebl和Penzien所使用的等效粘滯阻尼系數(shù)(he)來評價構(gòu)件耗能能力的大小。圖5中陰影部分面積ABCD為循環(huán)一周滯回曲線所耗散的能量,面積OBF和面積ODE為假想的彈性直線OB以及OD在達到相同的位移OF或者OE時所包圍的面積(即吸收的能量)。曲線面積ABCD與三角形面積OBF以及ODE之和的比值,表示耗散能量與等效彈性體產(chǎn)生相同位移時的輸入能量之比。則he計算公式如下:此處僅比較屈服荷載和極限荷載下滯回曲線的eh值。由表3可知兩種連接形式的節(jié)點均具有良好的耗能能力。4裂縫短纖化墻支護(1)采用對焊連接方式的新型梁柱節(jié)點在低周反復荷載作用下表現(xiàn)為典型的梁端截面受彎破壞,節(jié)點核心區(qū)沒有出現(xiàn)裂縫,具有較好耗能能力及延性性能,能夠滿足“強柱弱梁”、“強節(jié)點弱構(gòu)件”要求。(2)預制梁