装配式钢筋混凝土柱—钢梁框架节点抗震性能试验研究

袁甜

【摘 要】通过对4个1/2比例的装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架节点在低周往复荷载作用之下所产生的变化进行了实验，并且对节点区域内加劲腹板厚度和开孔这两者之间的影响，深入的研究了该新型节点所实际连接构造的受力性能以及装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架部分结合后的抗震性能。将实验的结果作为对试件破坏特征以及滞回性能变形所组合而成的结构进行了深入的分析。

【关键词】装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架；钢筋混凝土柱-钢梁混合节点；节点构造；拟静力试验；抗震性能

0.引言

钢筋混凝土柱-钢梁混合结构体系从其结构上来看，该结构体系有着自重轻、施工便捷、跨度较大等特性，有着极为良好的抗震性能，即便是震后也有着较高的修复性，该结构主要是通过以下几点来实现：①使用强度较高的箍筋来约束RC柱体，以此来提高RC柱体自身的抗震性能；②利用科学合理的方式来控制钢梁自身的承载能力，并且通过消弱的梁端的方式来对构造进行处理，以保持梁端能够在强震的作用之下形成塑性铰，最大限度的消耗地震对结构所作用的能量；③研发更为有效的节点构造来实现“强节点”的高规格抗震建造要求；④使用具有替代连接构造性能的梁钢，以便受损之后能够及时进行修复。

1.试验概况

本篇文章主要是通过4个最新研发的新型装配式RCS框架节点来进行低周往复加载实验，通过该实验方式来研究装配式RCS框架节点在地震灾害中的抗震性能以及其节点本身在结构上的受力性能，利用实验数据来作为新型装配式RCS节点来作为实际应用过程中的应用依据。

1.1试件设计及制作

试件节点自身主要是由柱体表面壁板、水平加劲肋以及加劲腹板这三者来组合而成的钢板桶，并且在钢桶的内部注入混凝土，无需在其中再添加箍筋，最后利用事先预埋的高强度螺丝来与钢梁相连接。该试件的钢桶以及钢梁都是在加工工厂事先加工完成，再将成品直接运送到施工现场进行施工。为了能够在一定程度上降低节点强度，以便能够更为便捷的观测节点区域内的混凝土开裂现象，通常都是使用条带板以及柱面壁板来焊接而成。钢板焊接的方式都是采用气体保护焊的方式进行钢桶焊接工作，其焊接缝隙的质量必须要达到二级。在进行试件制作的过程中，通常都是使用的预制钢筋混凝土柱体来进行制作，在柱体之上配装上钢梁，最后使其形成一个完整的试件。

1.2试验加载与量测内容

在试验的过程中，所采用的装置是专门研制的框架节点抗震性能试验装置。主要是利用柱端来施加水平荷载的方式来对P-Δ效应所产生的具体影响。在对柱体进行水平荷载力施加之前，必须要先在柱体的顶部施加竖向的荷载力，其施加力量的时间以及大小必须要达到预先设定的数值，并且进行实验的过程中，还需要MTS的电液伺服加载系统来进行水平往复荷载力的施加工作。加载制度必须要使用荷载-位移的双向控制手段，把推力视作加载的正向力量，而拉力着作为负向的反方力量。在实验试件屈服之前，要使用荷载力控制手段，在试件承受的荷载力为0.6Py、0.8Py、1.0Py时都要分别进行一次往复循环的步骤，在这其中，Py主要是作为能够预估试件屈服荷载的数值。在对钢梁翼缘所产生的应变值以及试件所自身的荷载-位移曲线来判定试件曲线在荷载力之下的屈服点。在试件荷载屈服之后，使用位移的方式来进行控制，主要是在位移角的1/50、1/35、1/25这几个幅度之下循环至少3次以上。如何试件在荷载力量之下其荷载的能力已经下降到了正常荷载力的80%以下，或者其滞回环出现了不稳定的现象，就立即终止荷载试验。

采用IMP 数据采集系统同步采集位移计、引伸仪及应变片的数据，主要量测内容有：①采用位移计量测柱顶水平位移和柱底可能存在的滑移；②采用导杆引伸仪量测钢梁塑性铰区的弯曲变形、节点区的剪切变形及梁端连接变形，③采用电阻应变片量测梁端塑性铰区翼缘、缀板及柱端钢筋关键位置处的应变；④节点区加劲腹板及钢梁腹板主拉应变采用三向电阻应变花量测。

2.试验主要结果及分析

2.1试验过程及破坏特征

4 个试件均为梁铰机制破坏，以试件RCSJ1为例描述破坏过程。当加载至72kN时，节点区混凝土出现斜向裂缝，此时水平位移为14 mm。达到100kN 时，钢梁翼缘测点最大应变达到屈服应变，节点区混凝土出现少量新的交叉裂缝。在位移角1/50 循环过程中，钢梁翼缘屈服范围由端板加劲肋尾部逐渐向两侧发展，70% 的测点应变达到或超过翼缘的屈服应变，节点区混凝土斜裂缝开展趋于稳定，而加劲腹板主拉应变出现突变。在位移角1/35 循环过程中，试件达到峰值荷载，梁端形成塑性铰，节点区加劲腹板开始屈服。

2.2滞回性能

试件的柱顶荷载-位移滞回曲线在加载初期，滞回曲线在靠近位移零点处存在轻微的捏缩现象。进入弹塑性阶段后，随着位移幅值的增加，钢梁屈服范围扩大，在梁端形成塑性铰，滞回环由弓形向梭形过渡，卸载后的残余变形随着位移幅值的增加而增大。

3.变形分析

3.1塑性铰区弯曲变形

梁端塑性铰区的转动可用截面平均曲率Ψ表示。试验中通过在梁端约0.8倍梁高范围内沿翼缘方向布置1#～4#导杆引伸仪，量测翼缘的伸长和缩短量，并按式（1）求得量测区段的截面平均曲率Ψ。

Ψ=（ΔS1+ΔS2）

ha （1）

式中：ΔS1、ΔS2分别为翼缘量测区段内引伸仪的变化量；h为梁端上下测点的距离；a为量测区段的长度，取200mm。

以试件RCSJ1为例，在翼缘屈服前，钢梁以弹性变形为主，曲率随弯矩呈线性增长。在进入位移角1/50循环后，随着翼缘屈服范围逐渐扩大，塑性铰区曲率明显增大，梁端塑性变形充分发展，M-Ψ滞回曲线趋于饱满，呈明显的梭形，梁端塑性铰区表现出较强的耗能能力。在位移角1/35循环下，塑性铰区平均曲率达到最大值0.05rad·m-1。

3.2连接变形

钢梁端板通过柱面壁板上预埋的高强螺栓与RC柱连接。为分析新型RCS节点构造的连接性能，定义连接转角θr为：

θr=δr/（hb-tbf） （2）

式中： hb为钢梁截面高度；tbf为钢梁翼缘厚度；δr为柱面壁板与钢梁端板在梁受拉翼缘中心处的相对位移。在加载初期，连接的初始刚度较大，M-θr曲线呈线性上升，这是由于对高强螺栓施加的预紧力使钢梁端板与柱面壁板产生挤压力，而加载初期钢梁受拉翼缘传来的拉应力不大，梁端连接转角很小。钢梁进入屈服阶段后，随着梁端弯矩的增大，在加载过程中螺栓连接处产生一定的滑移或错动，且螺栓连接杆与板件间的承压接触引发应力集中，导致连接刚度呈现一定的非线性特征。在梁端达到受弯承载力时，连接转角不超过0.004rad。可见这种新型RCS节点连接构造连接性能良好，能可靠地传递梁端弯矩。

4.结论

综上所述，在进行装配式钢筋混凝土柱-钢梁框架节点抗震性能测试的过程中，对每个测试数据都进行严格记录，利用科学严苛的测试态度来对测试结果进行核算，从而真正得出具有科学性的测试结果。这不仅仅是对工程材料使用安全性的负责，也是对建筑工程发展有着促进意义的事。 [科]

【参考文献】

[1]刘阳，郭子雄，黄群贤.不同构造形式的CSRC节点变形性能试验研究[J].工程力学，2010（10）.

[2]李升才，颜军，王会丽.混凝土柱-蜂窝钢梁组合节点拟静力试验研究[J].建筑结构学报，2009（02）.