带有施工缝钢筋混凝土框架柱抗震性能试验研究

阎西康，张英来，陈 培

（1.河北工业大学 土木工程学院，天津 300401；2.河北省土木工程技术研究中心，天津 300401）

0 引言

近年来，随着居民对住宅质量要求的提高，房屋的安全性能得到了更多的关注.“5.12”大地震造成巨大的损失，使得房屋的抗震性能越来越引起人们的重视.通过对灾区房屋安全性评估和震损情况调查发现大量框架结构建筑的倒塌有共同的现象：框架柱大多数在柱顶部出现破坏，尤其在与框架梁交接处的节点下部破坏更为突出.这一位置通常留设施工缝，施工规范对施工缝位置的处理有要求，但是实际施工中有很多施工单位不严格施工，由此造成的影响对框架柱抗震性能的影响需要试验研究.

本文通过对6根带有施工缝的试件和3根整浇试件进行低周反复试验，对其抗震性能进行研究，以期确定施工缝及其处理方法对框架柱柱端破坏的影响.

1 试验概况

1.1 试件准备

试件的长度为1 800mm，截面尺寸为150mm×150 mm，采用卧位试验.试件中部设有截面尺寸为200mm×150mm的加荷牛腿，见图1.试件混凝土强度等级为C30.试件纵筋和箍筋表面对称粘贴应变片.

共浇筑了9根试件（见表1），其中3根整浇试件作为对比试件，其他6根试件分2种方法留设施工缝（位置见图2）.方法1是按照规范要求处理：去除浮浆和松动石子，清洗干净，充分湿润，铺一层10 mm厚水泥砂浆，记为工况1；方法2是去除浮浆和松动石子，清洗干净，充分湿润，直接浇注上部混凝土，记为工况2.试验浇筑完毕后，在正常条件下养护28 d.

1.2 试验装置

采用低周反复加载试验方法[2]，试验加载装置如图2所示.

试件用长螺杆固定在试验台座上，以保证试验过程中端部不发生上下位移和侧移.试件端部安装滑动铰支座用以模拟框架柱反弯点位置的受力状况.由于本实验是卧位试验，试验时要消除重力对试验过程的影响.

表1 试件编号Tab.1 Serialnumber of specimens

图2 试验装置示意图Fig.2 Sketchmap of experimentequiment

2 试验结果分析

2.1 滞回曲线[3]

各试件滞回曲线见图3.

从滞回曲线中可以看出，滞回曲线在屈服前都呈线性，刚度退化不明显，残余变形很小.

随着反复荷载作用在试件上，试件逐渐屈服，试件的位移—荷载曲线逐渐表现出非线性，刚度退化和残余变形变大，9根试件的滞回曲线有了不同.

整浇试件Z1、Z4、Z7的滞回环形状呈现反S形，反复荷载次数较多，塑性强，刚度退化不明显，说明试验装置能够较好的模拟框架节点的受力情况，其滞回曲线反映了框架节点位置抗震性能.

工况1处理的试件Z2、Z5滞回环形状接近Z形，有一定的“捏缩”效应，Z8的滞回环形状饱满程度较Z2和Z5强，呈现反S形，耗能能力较强.反复荷载次数较多，塑性较强.工况1试件滞回环反映的的耗能能力相对于同轴压比的整浇试件较差.工况2处理的试件Z3，Z6的滞回曲线较大程度的“捏缩”效应，呈现Z形，刚度退化明显，滞回环面积小，耗能能力最差.反复荷载施加次数少，塑性较差.Z9的滞回环形状呈现反S形，刚度退化不是太明显，耗能能力稍强.反复荷载施加次数较多，塑性较强.

在中低轴压比下，工况1试件的滞回曲线好于工况2试件，耗能能力和塑性变形能力强，和整浇试件的抗震性能相差不大；在高轴压比下，整浇试件、工况1试件和工况2试件的滞回曲线相差不大，耗能能力和塑性变形能力增强.

2.2 位移延性

根据绘制的骨架曲线用R.Park法求位移延性的算法[4]，计算试件的位移延性系数，计算结果见表2.

一般认为钢筋混凝土抗震结构要求的延性比3～5[5]，表2中9根试件全部达到了延性要求.通过对相同处理方法试件的对比发现，随着轴压比增大，试件的延性减小.在中低轴压比时，有施工缝试件延性系数小于整浇试件，按工况1处理的试件延性性能好于按工况2处理的试件延性性能；在高轴压比下，工况1和工况2试件同整浇试件间的延性性能相差不大.

图3 试件滞回曲线Fig.3 Hysteresis curveof specimens

表2 位移延性系数计算结果Tab.2 The calculation resultsof disp lacementductility ratio

2.3 峰值荷载对比

将整浇试件、施工缝不同处理方法的试件的峰值荷载对比，可得表3.有施工缝的试件峰值荷载比整浇试件低，工况1试件的峰值荷载比工况2试件大.这说明施工缝的存在影响了试件的峰值荷载，对有施工缝试件按工况1处理的峰值荷载比按工况2处理大.

2.4 耗能能力

试件的耗能能力可以用粘滞阻尼系数来衡量[6].通常情况下用位移—耗能曲线[7]反映试件随着反复荷载的作用而不断累积消耗的能量，试件位移—耗能曲线见图4.

图4中试件的累计耗能随着反复荷载的作用不断增加，同级位移作用下试件的耗能幅度逐渐减少.轴压比为0.23的试件Z1、Z2耗能能力最强，Z3的耗能能力最差，而且 Z1、Z2相差不大，和 Z3差距较大.轴压比为0.34的试件，Z5耗能能力最强，Z4次之，Z6的耗能能力最差，但 Z5、Z4和 Z6差距减小.轴压比为0.46的试件，Z7、Z8、Z9之间耗能能力差距不大.通过对比发现，随着轴压比从低到高变化，同轴压比工况2试件和整浇试件的差距越来越小，高轴压比时，甚至超过了整浇试件；而工况1的轴压比和整浇试件一直相差不大.

表3 试件与整浇试件峰值荷载比值Tab.3 The ratio of specimens to integralcasting for specimens peak load

3 结论

1）对施工缝采用不同的处理方法对框架柱的抗震性能影响较大.按工况1处理施工缝与整浇试件的抗震性能接近，甚至超过整浇试件；按工况2处理低于整浇试件的抗震性能.工况2处理的试件抗震性能不如按工况1处理的试件.

2）轴压比的大小在一定条件下影响了试件的抗震性能.在低轴压比时，有施工缝的试件的抗震性能低于整浇试件，工况1的试件的抗震性能高于工况2.随着轴压比的增大，工况2的试件抗震性能同整浇试件差距越来越小.高轴压比下试件间抗震性能差别不大，有施工缝的抗震性能甚至好过整浇试件.但施工缝影响抗震性能的轴压比临界值还需进一步的试验研究.

3）由于试件的轴压比、施工缝的设置和处理方法能够在一定条件下影响柱端的抗震性能，因此在中低轴压比下应该对框架柱留置的施工缝按规范进行严格处理，在高轴压比下可以不对施工缝进行严格处理.

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