戎 賢，楊洪渭，張健新

(1.河北工業(yè)大學(xué) 土木與交通學(xué)院，天津 300401；2.河北省土木工程技術(shù)研究中心，天津 300401)

0 引 言

建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的理念為綠色發(fā)展。與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相比，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)更為切合建筑產(chǎn)業(yè)現(xiàn)代化的內(nèi)涵，并已成為新型建筑工業(yè)化發(fā)展的重要方向之一[1，2]。國內(nèi)外學(xué)者對裝配式混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件進(jìn)行了大量的研究，取得了一定的研究成果[3-8]。然而，目前所應(yīng)用的裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)尚存在施工建造不便及適用性不足等問題，使其優(yōu)勢無法得到充分發(fā)揮[9-10]。由于裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)中梁柱中節(jié)點(diǎn)的連接方式是影響整體結(jié)構(gòu)抗震性能的核心受力部位，筆者結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)的連接特點(diǎn)，提出了帶鋼端頭的裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)連接方式，并對其進(jìn)行滯回性能試驗(yàn)研究。研究表明，帶鋼端頭的新型裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)抗震性能良好。

1 試驗(yàn)概況

1.1 中節(jié)點(diǎn)試件

共設(shè)計(jì)3個裝配式梁柱中節(jié)點(diǎn)試件，分別編號ZGJ-1、ZGJ-2和ZGJ-3。3個試件的截面尺寸相同，梁柱配筋形式相同，如圖1；連接如圖2。

圖1 中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1, ZGJ-2, ZGJ-3試件配筋

圖2 中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1、ZGJ-2、ZGJ-3連接

梁柱中節(jié)點(diǎn)試件采用C45混凝土，混凝土軸心抗壓強(qiáng)度Rc=31.17 MPa，軸心抗拉強(qiáng)度Rt=2.82 MPa?？v筋采用HRB600鋼筋，箍筋采用HRB400鋼筋，型鋼采用Q235鋼材，型鋼連接采用10.9級高強(qiáng)螺栓。鋼筋和鋼板材料力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1 鋼筋和鋼板力學(xué)性能指標(biāo)

新型裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1、ZGJ-2、ZGJ-3的預(yù)制柱和預(yù)制梁內(nèi)分別預(yù)埋鋼連接件。預(yù)制柱內(nèi)縱筋在中節(jié)點(diǎn)核心區(qū)截?cái)?，分別焊接于上下水平連接板處，預(yù)制梁內(nèi)縱筋焊接于鋼端頭，焊接長度滿足鋼筋錨固要求。試件ZGJ-1預(yù)制梁內(nèi)鋼端頭長度為300 mm，預(yù)制柱中上下水平連接板之間設(shè)置腹板；試件ZGJ-2預(yù)制梁內(nèi)鋼端頭長度為300 mm，預(yù)制柱中上下水平連接板之間未設(shè)置腹板；試件ZGJ-3預(yù)制梁內(nèi)鋼端頭長度為200 mm，預(yù)制柱中上下水平連接板之間未設(shè)置腹板。預(yù)制梁和預(yù)制柱通過焊接和高強(qiáng)螺栓連接進(jìn)行拼裝。

1.2 加 載

試驗(yàn)加載裝置如圖3。柱下端采用球鉸支座，柱頂為單向鉸支座。試驗(yàn)時由千斤頂對柱頂施加460 kN恒定軸壓力。梁兩端分別放置伺服作動器，用于施加低周反復(fù)荷載。試驗(yàn)采用荷載/位移混合加載控制方法。荷載控制加載時，每級荷載循環(huán)1次；屈服后采用位移控制，每級荷載循環(huán)3次；當(dāng)荷載減小為極限荷載的85%時，試件破壞。

圖3 加載裝置

2 試驗(yàn)現(xiàn)象

裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)如圖4。

圖4 中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1、ZGJ-2、ZGJ-3的破壞形態(tài)

從圖4可以看出：

1)3個帶鋼端頭的裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)最終破壞形態(tài)為核心區(qū)混凝土保護(hù)層大面積剝落，箍筋和縱筋裸露，發(fā)生中節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切破壞。

2)中節(jié)點(diǎn)ZGJ-2比中節(jié)點(diǎn)ZGJ-3核心區(qū)混凝土剝落程度輕，梁端裂縫數(shù)量多而密?？梢娫黾恿簝?nèi)預(yù)埋鋼端頭長度能夠改善裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)。

3)中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1與中節(jié)點(diǎn)ZGJ-2相比，由于承受高約40kN的極限荷載和高約30mm的破壞位移，導(dǎo)致中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1核心區(qū)承受剪力更大，混凝土保護(hù)層剝落更為嚴(yán)重，梁端的裂縫更為密集。表明水平連接板間設(shè)置腹板的中節(jié)點(diǎn)由于承受較大剪力而發(fā)生的中節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切破壞較為嚴(yán)重。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 滯回曲線

裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)的荷載-位移(P-Δ)滯回曲線如圖5。

圖5 中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1、ZGJ-2、ZGJ-3荷載-位移(P-Δ)滯回曲線

從圖5可以看出：

1)在加載初期，3個裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)構(gòu)件均處于彈性工作階段，卸載后，中節(jié)點(diǎn)試件基本無殘余變形，說明加載初期中節(jié)點(diǎn)剛度退化并不明顯；隨著荷載的增加，滯回環(huán)所包圍的面積逐漸增大，說明中節(jié)點(diǎn)的耗能能力不斷增加；試件屈服后，隨著荷載增加，試件變形增長較快，殘余變形越來越大；極限荷載后，滯回曲線向位移軸傾斜，中節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和剛度退化加劇。

2)裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1比中節(jié)點(diǎn)ZGJ-2和ZGJ-3的滯回環(huán)面積大，滯回曲線飽滿，表明水平連接板間設(shè)置腹板的中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1的抗震性能好。

3)中節(jié)點(diǎn)ZGJ-2和ZGJ-3的滯回曲線形狀基本一致，而中節(jié)點(diǎn)ZGJ-2比中節(jié)點(diǎn)ZGJ-3的滯回曲線飽滿程度大，表明滯回性能更好。

3.2 骨架曲線

裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1、ZGJ-2、ZGJ-3的骨架曲線如圖6。

圖6 中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1、ZGJ-2、ZGJ-3的骨架曲線

從圖6可以看出：

1)中節(jié)點(diǎn)構(gòu)件屈服前，3個裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)在加載過程中骨架曲線變化趨勢一致，骨架曲線呈線性關(guān)系，中節(jié)點(diǎn)構(gòu)件處于彈性工作狀態(tài)，骨架曲線基本重合。

2)隨著荷載的增加，中節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的骨架曲線斜率逐漸降低，進(jìn)入彈塑性工作狀態(tài)，中節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的骨架曲線差異較大。

3)極限荷載后，水平連接板間腹板設(shè)置與否對中節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的骨架曲線下降段影響較為明顯。設(shè)置腹板的中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1的骨架曲線極限荷載較大，下降段較為緩慢，破壞位移較大，表現(xiàn)出較好的承載能力、變形能力和延性性能。

4)與ZGJ-3相比，中節(jié)點(diǎn)ZGJ-2的極限荷載更大，骨架曲線下降段更緩慢，承載能力和延性性能更好。

3.3 剛度退化

裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1、ZGJ-2、ZGJ-3的剛度退化曲線如圖7。

圖7 中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1、ZGJ-2、ZGJ-3的剛度退化曲線

從圖7可以看出：

1)加載前期，3個裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)的剛度退化曲線較為陡峭，說明中節(jié)點(diǎn)試件剛度退化較快。

2)當(dāng)中節(jié)點(diǎn)構(gòu)件進(jìn)入塑性階段后，隨著位移的增加，中節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的剛度逐漸降低，剛度退化速率減慢，由于裝配式混凝土中節(jié)點(diǎn)鋼端頭等鋼連接件的作用，中節(jié)點(diǎn)加載后期的承載能力和變形能力亦較高。中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1的剛度退化曲線最緩慢，中節(jié)點(diǎn)ZGJ-2比中節(jié)點(diǎn)ZGJ-3的剛度退化曲線緩慢，說明設(shè)置腹板、增加梁內(nèi)預(yù)埋鋼端頭長度能夠減緩中節(jié)點(diǎn)的剛度退化。

3.4 耗能能力

裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1、ZGJ-2、ZGJ-3的等效黏滯阻尼系數(shù)-位移(he-Δ)曲線如圖8。

圖8 中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1、ZGJ-2、ZGJ-3等效黏滯阻尼系數(shù)-位移(he-Δ)曲線

從圖8可以看出：

1)水平連接板間腹板設(shè)置與否對中節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的等效黏滯阻尼系數(shù)影響顯著。屈服后，設(shè)置腹板的中節(jié)點(diǎn)ZGJ-1的等效黏滯阻尼系數(shù)he=0.10 ～ 0.25，未設(shè)置腹板的中節(jié)點(diǎn)ZGJ-2和ZGJ-3的等效黏滯阻尼系數(shù)he<0.1?？梢?，水平連接板間設(shè)置腹板能夠有效提高帶鋼端頭的裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)耗能能力。

2)帶鋼端頭的裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)構(gòu)件ZGJ-2和ZGJ-3的等效黏滯阻尼系數(shù)he相差不大，表明梁內(nèi)預(yù)埋鋼端頭長度對中節(jié)點(diǎn)的耗能能力影響效果不顯著。

4 結(jié) 論

1)帶鋼端頭的裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)發(fā)生核心區(qū)剪切破壞，增加梁內(nèi)預(yù)埋鋼端頭長度能夠改善裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)，水平連接板間設(shè)置腹板的中節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切破壞較為嚴(yán)重。

2)水平連接板間設(shè)置腹板能夠提高帶鋼端頭的裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)承載能力、變形能力以及耗能能力，減緩中節(jié)點(diǎn)的剛度退化，從而提高節(jié)點(diǎn)的滯回特性。

3)增加梁內(nèi)預(yù)埋鋼端頭長度能夠改善帶鋼端頭的裝配式混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)的滯回性能，減緩中節(jié)點(diǎn)的剛度退化，提高承載能力和變形能力。