装配式混凝土梁柱中节点抗震性能试验研究

张金晶

摘  要：针对装配式混凝土结构，梁柱中节点连接方式至关重要，也是当前装配式建筑结构设计的难点。文章以综合试验法，选取4个1/2比例装配式混凝土梁柱中节点，进行对比试验，开展低周往复荷载试验，重点研究和分析节点区域加劲腹板厚度和开孔影响，研究该节点的受力特性及抗震性能。总结分析了4个试件结构的破坏规律、滞回曲线及承载力变化等，发现装配式混凝土梁柱中节点的稳定性、设计可靠性及抗震性能较好。

关键词：装配式混凝土;梁柱节点;抗震性能;滞回曲线

中图分类号：TU378.4       文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）10-0049-02

Abstract： For prefabricated concrete structures， the connection mode of beam and column joints is very important， which is also a difficult point in the structural design of prefabricated buildings. In this paper， we use the comprehensive test method that choose four of half precast concrete beam and column joints were selected for comparison test， and low-cycle reciprocating load test was carried out to focus on the study and analysis of the influence of stiffening web thickness and hole opening in the joint area， so as to study the stress characteristics and seismic performance of the joints. The hysteretic curve and bearing capacity change of four specimens are summarized and analyzed. It is found that the stability， design reliability and seismic performance of the joints in the precast concrete beams and columns are better.

Keywords： fabricated concrete; beam-column joints; seismic performance; hysteretic curve

引言

从装配式混凝土梁柱中节点连接结构体系看，具有自重轻、跨径长、施工便利等优势，从抗震性能方面研究看，可在震后的恢复中使用高箍筋约束力的方式，增强梁柱中节点的抗震性能，并可削弱梁端结构构造，形成塑性铰，促进地震传播过程中能量的分散，在地震后受损构件修复中可选用替换性结构。传统节点结构在使用性能、抵抗力等方面仍存在一定应用局限，由于节点剪切破坏、承压破坏等，不仅降低施工效率，加大施工难度，同时节点刚度的使用需求难以满足，给工程实践带来诸多难题[1]。基于此，应用新型节点构造，如通过焊接的形式将钢板桶与加筋腹板相连，增加对混凝土的约束力，新型构件节点结构可通过预制厂的预制生产实现。

1 试验设计及主要内容

1.1 试件主要参数及制作

本试验试件选取装配式混凝土梁柱中节点部分结构试件4个，编号分别表示为RCSJ1、RCSJ2、RCSJ3和RCSJ4。4个试件主要参数见下表1。

表1 4个试件主要参数（希望这4个试件中有一个是普通现浇混凝土的，这样才有对比）

所有选取试件节点构造主要由壁板结构、加劲腹板、钢板桶及内部浇筑混凝土，不配置箍筋。通过预埋的方式进行有效连接。其中钢板桶及钢梁结构均在预制厂中生产，所有焊缝质量保证在二级以上，试件制作流程应首先预制钢筋混凝土柱、然后装配钢梁结构再对整体试件进行焊接处理。节点构造示意图及实物图如图1、2所示。其中图1中1～7结构点编号按顺序分别表示：钢梁端板、端板加劲肋、柱面壁板、加劲腹板、水平加劲肋、缀板、高强度螺栓。

1.2 试件加载

选取某公司开发的电液伺服系统进行试件加载作业，保证实现动静态等三个作业方向。加载过程中，首先对构件選择竖向加载，待加载数值稳定后，梁端结构初始值控制为0，按照相关规范中拟静力试验的相关规定，改善加载方法，提升加载效率。加载前需要开展有限元模拟作业，以保证节点结构处的屈服位移控制在0.1cm，同时对梁端结构进行反对称加载，位移在5mm、10mm循环1次，在20～40mm处各循环2次，到50mm循环时试件结构得到破坏[2]。

1.3 试验数据的收集

试验数据的收集参数主要包含有柱顶端的荷载、梁端结构的荷载及其位移值，数据收集自动化仪器设备选择使用FSC全数字化多通道型电液伺服控制系统，采集间隔为0.5s，每次收集1次数据，主要包含有检测时间点的荷载值及对应加载位移值;混凝土结构的表面由白浆涂抹，并画出50mm×50mm方格，记录混凝土结构的裂缝开展情况，以每循环1次为准，对现场结构进行拍照记录。

2 试验结果及分析

2.1 试验机理及过程

4个试件中对应的是梁铰机制破坏，以试件RCSJ1为例，加载值达到72kN时，对应节点区域混凝土结构呈现斜向裂缝破坏，此状态下的水平位移为15mm;当加载值达到100kN时，对应钢梁结构翼缘板测点应变最大屈服过程中出现了少量的新型交叉裂缝结构。位移角1/50循环中，70%的测点应变超过了翼缘板结构的屈服应变节点，同时对应节点混凝土结构的斜向裂缝逐步的趋于稳定状态，在加劲腹板结构处，主拉应变值达到突变状态。同样，在位移角达到1/35和1/25时，节点加载区域分别出现开始屈服、屈服状态严重，直到钢梁结构出现平面外的扭转后，试验终止。整个试验过程中，钢梁结构的端板及对应钢板桶结构之间呈现出紧密相连的状态，连接效果明显，未失效[3]。

2.2 滞回性能分析

位移-荷载滞回曲线主要反映的是在往复的荷载作用下，荷载施加过程与变形之前的关系，是研究装配式混凝土结构抗震性能的主要依据。试件RCSJ2和RCSJ3在往复荷载作用条件下，其滞回曲线如图3、4所示。由图中可以看出，智慧曲线呈现出棱形、不饱满状态，主要反映的是整体结构及构件加载过程中的弹性变形结构稳定性，在变形量相对较小的状态下，对应承载力能够达到钢筋混凝土结构3倍以上，所有试件在加载的过程中都未发生侧滑。

由上图还可看出，RCSJ2滞回曲线和RCSJ3滞回曲线的饱满程度呈现降低现象，破坏后的试件结构观察分析可得，钢筋混凝土梁柱中节点结构在焊接过程中呈现出质量下降趋势，并存在一定的缺陷，主要是由于该构件结构在加固处理以后，导致试件结构的下部限制了塑性变形导致，使得塑性变形量相对减小[4]。

应变量主要原因分析。构件结构在加载初期阶段，加劲腹板结构处的应变量相对较小，而通过每次循环加载，导致滞回曲线中的回环部分基本呈现重合状态，在节点混凝土结构呈现出斜向开裂后，对应加劲腹板及其混凝土结构可通过共同抗剪参与节点应变增长速度的加快，平摊了节点结构处的部分剪力，同时腹板结构的主拉应变呈现出较快增长的趋势。

3 变形分析

可以截面結构的平均曲率？鬃表示，引申仪要以0.8倍梁端高范围进行布置，并测量翼缘结构的伸长、缩短量，平均曲率？鬃按照以下公式求得：

其中，？驻S1、？驻S2分别表示翼缘量测段区域内的引申仪变化量;h为上下端的量测距离;a为测区段的长度，200mm。

以RCSJ2试件为例，在翼缘屈服前，对应钢梁结构主要以弹性变形为主，并且曲率呈现出一定的弯曲增长的趋势，同时在位移角1/50循坏处理后，会随着整体翼缘屈服范围的增大而逐渐增大，同时塑性结构中的铰区曲率明显增加，梁端塑性结构在塑性变形的过程中得到充分的发挥。

其次，在连接变形量的变化中，在加载的初始阶段，会导致初始阶段的刚度呈现持续增加的状态，且对应的数值曲线呈现出上升变化态势，同时由于高强螺栓的预紧力的增加，导致梁端与柱面板结构之间呈现出一定的挤压力。

4 结束语

（1）装配式混凝土框架结构采用无箍筋形式连接，对应连接方式满足整体抗震的需求，同时连接方式较为可靠。

（2）延展性较好，位移延性系数可达3.3。

综上所述，装配式混凝土梁柱中节点的稳定性、设计可靠性及抗震性能比较突出。

参考文献：

[1]颜军，罗海艳，郎龑.装配式框架结构节点研究现状与展望[J].混凝土与水泥制品，2016（01）：75-79+84.

[2]刘阳，郭子雄，戴镜洲，等.不同破坏机制的装配式RCS框架节点抗震性能试验研究[J].土木工程学报，2013，46（03）：18-28.

[3]吴成龙，刘继明，赵凯常.预制装配式混凝土框架节点抗震性能研究进展[J].混凝土，2019（03）：130-133+139.

[4]王书磊，王法承，刘艳芝，等.装配式钢筋混凝土柱-钢梁节点抗弯性能有限元分析[J].铁道科学与工程学报，2018，15（08）：2014-2022.

[5]门进杰，郭智峰，史庆轩，等.钢筋混凝土柱-腹板贯通型钢梁混合框架中节点抗震性能试验研究[J].建筑结构学报，2014，35（08）：72-79.