预应力装配式框架结构边节点抗震性能试验研究★

韩建强 王 清 刘冉冉

(1.河北联合大学建筑工程学院，河北 唐山 063009； 2.河北省地震工程研究中心，河北 唐山 063009; 3.河北工业大学，天津 300130)

预应力装配式框架结构边节点抗震性能试验研究★

韩建强1,2王 清3刘冉冉1

(1.河北联合大学建筑工程学院，河北 唐山 063009； 2.河北省地震工程研究中心，河北 唐山 063009; 3.河北工业大学，天津 300130)

通过对现浇钢筋混凝土框架结构、附加角钢和附加阻尼器的预应力装配式框架结构梁柱节点进行低周反复荷载作用下的试验，研究了节点的裂缝分布、破坏形态、滞回曲线及位移延性等抗震性能，结果表明：附加角钢和附加阻尼器的装配式框架结构具有良好的抗震性能，具有广阔的应用前景。

预应力，装配式，框架结构，节点，抗震性能

0 引言

目前在国内外建筑中预制混凝土框架结构因其现场施工作业少、施工速度快、平面布置灵活、能提供较大空间、性价比较高等优点，而广泛应用于工业厂房与民用建筑中的住宅、办公楼、旅馆、商店及学校等建筑[1]。但是,在近几十年来国内外全球地震活动频繁，地震中预制框架结构发生不同程度的破坏甚至倒塌的现象屡见不鲜。装配式框架节点的抗震性能受到国内外学者的重视[2-6]。

本文通过对现浇和预应力装配式钢筋混凝土梁柱节点进行低周反复荷载作用下的试验对比，研究其裂缝分布、破坏形态、滞回曲线及位移延性等抗震性能。

1 试验概况

1.1 试件设计

本试验采用梁柱节点足尺模型，按强柱弱梁的原则设计，现浇节点RCJ(见图1)，附加角钢PCJ-1(见图2)，附加阻尼器的预应力装配节点PCJ-2(见图3)各一个。装配节点由预制梁、预制柱装配而成。试验轴压比为0.2，三个试件的梁截面尺寸均为200 mm×400 mm，柱截面尺寸为400 mm×400 mm。混凝土强度等级为C40，梁纵筋和箍筋均采用HRB400热轧钢筋。

1.2 试验装置

本试验在一个门式加载钢架下进行，柱顶施加水平低周反复荷载。柱子底部固定于带转动铰支座的柱帽内，梁端采用上下两个可以滚动的滚轮固定。梁端在柱顶水平力作用下可以左右移动，不能上下移动。柱顶施加可以水平移动的竖向轴力，通过门式反力钢架由安放在柱顶的千斤顶施加轴力。柱顶水平反复荷载由MTS电液伺服作用器施加。加载装置见图4。

1.3 加载程序

本试验采用荷载—位移混合控制的加载方法[7]。达到屈服荷载前，采用荷载控制加载；当节点屈服以后，采用位移控制加载。按屈服位移的倍数即 1Δy，2Δy，3Δy分级，每级加载循环反复二次。直到加载值下降到峰值的85%，认为节点破坏。每级荷载循环时间保持相同时间间隔。

2 主要现象及结果分析

2.1 滞回曲线

滞回曲线反映了结构在反复受力过程中的变形特征、刚度退化及能量消耗等抗震性能。

1)早期3个试件的滞回曲线均呈梭形，滞回环包含的面积也很小，接近直线形，残余变形也很小。

试件开裂后滞回环所包含的面积逐渐变大，开始呈现曲线形，并呈现出一定的捏拢效应。从整体上看3个试件的滞回曲线都比较丰满，具有良好的耗能能力。

2)试件RCJ梁柱节点核心区破坏前，由于预应力钢绞线的约束作用，试件PCJ-1和PCJ-2的捏拢效应比试件RCJ明显，变形恢复能力也高于试件RCJ，而滞回环的饱满程度稍差。试件RCJ在节点核心区破坏后则捏拢效应十分明显，滞回环的饱满程度也明显下降耗能能力显著下降。

3)试件PCJ-1和PCJ-2的滞回环面积基本相同，耗能能力也大致相当。

由于摩擦型阻尼器的作用，使得试件PCJ-2的变形恢复能力比试件PCJ-1略低，而捏拢效应则不如试件PCJ-1更加地明显。

2.2 骨架曲线

3个试件的骨架曲线如图5所示。

1)3个试件在水平低周反复荷载作用下的骨架曲线大致相同，都经历了弹性、屈服、强化和下降4个阶段。3个试件开裂前骨架曲线均呈直线，且几乎重合，试件变形为弹性变形。

2)试件开裂后，骨架曲线的曲率变小，向位移轴偏移。位移增长的速度加快，荷载增长的速度减慢。从图5中可以看出，加载最大值约为第10循环。试件RCJ的极限承载力大于试件PCJ-1和试件PCJ-2。但试件RCJ的极限承载力位移却小于试件PCJ-1和试件PCJ-2。

3)试件RCJ破坏时的位移大于试件PCJ-1和试件PCJ-2。试件RCJ的延性优于试件PCJ-1和试件PCJ-2。

4)在试件PCJ-2的加载过程中，荷载大约为±100 kN时摩擦阻尼器开始滑动，所以大约从±100 kN到极限荷载试件PCJ-2的骨架曲线基本呈直线变化。

2.3 刚度退化

3个试件的刚度随位移的变化曲线如图6所示。

1)3个试件的刚度退化随着位移的增加呈增大趋势，正向加载和反向加载时刚度退化速度基本相同。

2)试件RCJ的初始刚度大于试件PCJ-1和试件PCJ-2，荷载较小时刚度退化速度也大于试件PCJ-1和试件PCJ-2。

3)试件PCJ-1和试件PCJ-2的刚度大致相同，由于阻尼器的作用，试件PCJ-2的初始刚度稍微大于试件PCJ-1的初始刚度，试件PCJ-2的刚度退化速度也略微大于试件PCJ-1。

2.4 位移延性

3个试件的位移延性系数见表1。

表1 试件的位移延性系数

1)从表1中可以看出，3个试件的位移延性系数大致相当；

2)从延性系数可以看出试件PCJ-1和试件PCJ-2的延性大致相当，均略好于试件RCJ；

3)试件PCJ-1和试件PCJ-2极限位移也大致相同，均小于试件RCJ。

3 结语

1)在低周反复荷载作用下，3个试件的破坏主要集中在梁柱连接面部位。试件RCJ节点核心区轻微破坏，试件PCJ-1和试件PCJ-2节点核心区完好。3个试件均属于典型的梁端塑性铰破坏；

2)在加载过程中，试件PCJ-1和试件PCJ-2梁柱接触面均没有明显的剪切滑移，卸载后阻尼器安装杆有轻微变形。预应力装配节点有足够的抗剪能力；

3)3个试件的滞回曲线均比较饱满，具有良好的耗能能力。相比之下，现浇框架节点的耗能能力略好于装配框架节点；

4)由于钢绞线的预压作用，明显提高了装配式框架结构的开裂荷载，且卸载后装配式框架结构的变形基本可以恢复，说明预应力装配式构件具有良好的变形回复能力。从延性系数上看，预应力装配式框架结构也好于现浇框架结构。

[1] 吕茫茫,关贸军.混凝土预制构件企业发展的现状和出路[J].结构工程师,2000(S1):449- 453.

[2] 梁培新,郭正兴.新型装配式不对称混合连接节点试验研究[J].施工技术,2010(3):63- 65.

[3] 王晓菡,严心池,秦一如.装配式预应力混凝土结构梁柱组合件抗震性能试验研究[J].工业建筑,2010(5):33-38.

[4] 窦祖融,王 怡,薛伟辰.低周反复荷载下装配整体式混凝土框架边节点的抗震性能[J].建筑科学与工程学报,2010(2):61- 66.

[5] 韩建强,李振宝,宋 佳.预应力装配式框架结构抗震性能试验研究和有限元分析[J].建筑结构学报,2010(S1):311-314.

[6] Yamanouchi H.Performance-based engineering for structural design of Buildings[J].Building Research Institute,Japan,2000，72(5):895-901.

[7] JGJ 01-96,建筑结构设计方法规程[S].

Research on anti-seismic performance test of mid-slide node of prestressed prefabricated framework★

HAN Jian-qiang1,2WANG Qing3LIU Ran-ran1

(1.ArchitecturalEngineeringCollege,HebeiUnitedUniversity,Tangshan063009,China; 2.HebeiEarthquakeEngineeringResearchCenter,Tangshan063009,China； 3.HebeiUniversityofTechnology,Tianjin300130,China)

According to the test of the cast-in-place reinforced concrete framework structure, beam column node of the prestressed prefabricated framework structure of additional angle and damper under the low frequency circle loading, the paper researches the crack distribution, damage forms, hysteretic curve and displacement ductibility of the anti-seismic performance, and proves by the result that the additional angle and damper prefabricated framework structure has better anti-seismic performance, so it has broader application.

prestress, prefabricated, framework, node, anti-seismic performance

1009-6825(2014)35-0045-03

2014-10-19

★:国家自然科学基金项目(项目编号：51208171)

韩建强(1977- ),男,副教授; 王 清(1990- )，女，在读硕士； 刘冉冉(1986- )，男，在读硕士

TU352.11

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