插接装配式混凝土梁柱节点抗震性能研究

牛荷媛

◆摘  要：本文提出一种有局部型钢和混凝土结构组合而成的装配式混凝土结构节点设计，通过模拟地震状态，对比不同参数下新型节点和现浇混凝节点在性能上，分析新型节点设计的抗震性能。发现使用插接装配式混凝土节点会发生型钢和周边混凝土滑移破坏，导致节点的刚度等性能迅速下降;但是使用该方法进行节点设计，但是在承载力上比现浇节点更高，因此如果能保证型钢和混凝土可靠粘结的情况下，能具有非常好的抗震效果。

◆关键词：插接装配式混凝土梁;节点;抗震性能;研究

装配式混凝土结构是目前混凝土建筑发展的重要形式之一，具有较高的生产效率，而且施工也相对方便，环保性也比较强，所以应用比较广泛。为了能提升构件的连接效果，提升抗震性能，应该加强对新型节点构成的研究，分析新型节点的性能，提升房屋建筑的抗震效果。

1装配式混凝土框架节点分类方法

依据工程的作业方法，可以将节点分为干连接和湿连接两种。干连接属于物理连接，通过预制梁柱中埋设预埋构件，然后使用螺栓、焊接等方式完成连接工作过;湿连接会在梁柱节点位置浇筑混凝土，使预埋构件能变成一个整体。也可以根据抗震设计思路分析节点的类型，将其分为等效现浇节点和非等效现浇节点，等效现浇节点拥有和现浇节点相同的强度、能耗、刚度等参数，其消耗地震能量的途径主要依靠构件界面的非弹性形变;非等效现浇节点有连接的抗弯承载力低于预制构件的特殊结构，因此地震发生后整体结构都会发生弹性形变，最终依靠构件的弹性震动消耗地震能量，因此也被称为柔性节点。

2新型插接式混凝土装配节点概述

新型节点的核心区使用了特殊的预制结构，预制柱内设置钢箍和补强钢板，预制梁内的局部埋植了钢接头。梁端型钢的连接端板通过插入钢筋进行定位工作，然后使用高强度的贯通螺杆，以及完成局部焊接工作，做好对预制混凝土量的连接固定工作。该节点在施工上和钢结构类似，使用拼装技术完成对多个预制件的组装工作，可以简化构件装配方式，使构件能满足装配效率的要求，下图为新型节点的示意图。

3抗震试验

3.1试件设计和制作

本实验中对节点采用1：2的缩尺模型设计，然后使用了一个现浇对比试件，通过对比确定节点的抗震强度。由于两种型钢伸出混凝土长度和埋入混凝土长度会对抗震效果造成影响，所以在试件使用相同尺寸的情况下，对伸出混凝长度L1和埋入混凝土长度L2进行了特殊设计，型钢的设计参数如下表

试件的梁柱纵筋和箍筋都使用了HRB400级钢筋，选择钢筋直径为6毫米、12毫米和16毫米，试件的混凝土强度为C40，并拥有25毫米的保护层厚度，试件的立方强度控制为39.8MPa。插接试件的配筋形式和现浇试件相同，埋入的钢构件板材厚度有10毫米和12毫米，在构件的加工厂完成对预埋件的焊接。

3.2加载装置和量测内容

实验中擦用柱卧式加载方法，用铰接的方法固定柱子两端，对柱顶使用了1000kN液压千斤顶施加轴向荷载;为模拟地震，对梁端使用500kN伺服动作器施加水平往复荷载[3]。通过在节点的核心区域交叉设置位移测量节点分析核心区的剪切变形情况;对梁和柱的上方布置了2个位移计，对梁的转动截面、截面位置的曲率、梁柱转角进行设置。

3.3加载方式

实验过程中根据材料设计值进行加压，在柱端施加轴力，控制轴压比为0.35，而且要保证轴压比恒定。对梁端的壓力加载，使用了变幅位移控制加载方式，通过控制层间位移角进行加载的控制。由于试验属于破坏性试验，因此在破坏构件之后停止加载，在荷载降低到峰值荷载的85%以下时，也停止加载。

4结果分析

4.1试件破坏特征分析

4.1.1现浇试件破坏特征

根据试验情况，在层间位移角达到了0.35%时，梁的根部开始出现水平弯曲裂缝，继续施加荷载之后，裂缝开始向远离节点的位置发展，在荷载加载到1.35%后，靠近根部水平裂缝开始贯通，裂缝的宽度逐渐扩张，达到1-2毫米。继续对构件施加荷载，发现和梁根部距离已被的范围内，裂缝仍在不断增加，而且继续向倾斜方向延伸，在裂缝超过梁高一倍的位置，裂缝的发展速度明显降低，通过观察，发现此处梁端已经出现塑性铰[4]。在层间位移角达到5%的过程中，水平裂缝的宽度继续扩大，达到了5-6毫米，此时裂缝已经不能闭合，一些裂缝位置的混凝土开始出现局部脱落的情况。之后承载力开始下降，浇筑节点的梁端受到弯曲破坏。

4.1.2插接试件破坏特征

插接试件结构中，有四个部分具备受力功能，分别是型钢-混凝土组合受力部分、纯型钢受力部分、螺栓拼接部分、纯混凝土受力部分。加载开始过程中，最先在柱的表面有细小的撕裂裂缝出现，其原因在于柱的外伸钢板和梁型钢腹板采用焊接的连接方式，导致应力在柱的表面集中。

当层间位移角达到0.75%，补焊缝开始达到抗拉强度，有撕裂的情况出现，之后在柱的侧缝位置裂缝停止扩展;随着测层间位移角达到1.0%，水平裂缝开始在组合的末端出现，由于在结构上由型钢承担压力，因此裂缝的宽展速度很慢;随着位移角逐渐达到2.25%，裂缝的宽度扩大到1毫米。继续增大位移角后在梁的侧面开始出现弯曲裂缝，在纯混凝土弯曲位置裂缝水平扩展。

SA-05-45和SA-10-50的型钢埋入较深，因此型钢和混凝土之间具有更强的粘结作用，会有交叉裂缝产生。试件最终受到破坏仍然是型钢和混凝土之间产生滑移，导致粘结位置受到破坏，从而沿型钢翼缘有劈裂缝出现。对于试件SA-10-60，在荷载加载的过程中并没有出现滑移的问题，组合部分在水平弯曲裂缝和粘结作用的影响下有裂缝出现。试件的承载力在实验过程中经历了先上升后下降的过程，在偏转角达到8.5%时，承载力下降到峰值荷载的85%以下。根据分析结果，其产生的破坏属于梁端弯曲破坏。

4.2滞回曲线分析

由于插接试件的高强度螺杆和孔道、梁型刚接头和之间存在明显的间隙，而插接式试件的滞回曲线是明显的反S型。在层间位移角达到5%左右，试件的余量变形开始增加，此时试件的变形形式以非线性变形、型钢和混凝土之间几何非线性变形为主，滞回曲线也变成Z字形。在型钢埋植深度改变以后，在峰值荷载的变化趋势上也会有明显的区别，因为型钢内埋深度超出梁长20%以后，型钢可以和混凝土产生非常大的粘结作用，而且滞回曲线的斜率和现浇节点试件相同，并不会出现突变的情况。如果型钢的埋藏深度比较浅，在层间位移角超过1.35%以后就会出现突降的情况，证明型钢出现了滑移破坏问题。由此可以确定，埋植深度是决定抗震性能的重要因素[5]。

4.3节点的性能分析

根据对不同插接件裂缝变化情况的分析，确定插接试件的峰值荷载和型钢埋植深度正相关，插接试件的埋入深度超过400毫米后，具备了高于现浇试件的荷载，最高能高出46%。所以应该对型钢进行合理设计，合理增加插入深度，能够改变破坏方式，也能让节点获得更高的抗震性能。

4.4节点耗能能力分析

本实验的耗能能力分析使用了黏滞阻尼系数进行评价，以试件的位移角达到0.5%的破坏过程等效阻尼系数。在该情况下，县交界点出现梁端弯曲破坏，并且展现出了较强的能耗能力。对于插接式节点，前期主要依靠拼接区的滑移耗能，加载到后期节点内部的型钢和混凝土之间出现了滑移。经过分析，插接节点的耗能能力比现浇件弱。

4.5节点的刚度退化情况

插接式节点的整体刚度是明显弱于现浇混凝土构件的，因为插接式节点有组合效应的问题。试件的刚度退化都集中在弹性阶段，由于在加载前期就已经出现弯曲裂缝，而且随着裂缝的发展导致焊缝撕裂，导致节点的刚度明显退化。进入到加载后期，型钢的翼缘对核心混凝土具有比较强的约束作用，因此后续裂缝的出现并不会影响构件的整体刚度。随着繼续增加荷载，试件直接丧失了原有的刚度[6]。

5结束语

通过对地震的模拟，发现现浇节点的状态变化以完全破坏为主，而插接式节点在型钢、混凝土之间黏结作用失效时，梁上将会出现滑移破坏，由于纵向劈裂缝在梁端组合部分产生。插接式节点无论在刚度和耗能上都要弱于现浇节点，但是通过增加型钢的埋入深度，可以明显提升耗能能力和刚度。

参考文献

[1]郭震，贾笑岩，丁嘉慧，等.插接装配式混凝土梁柱节点抗震性能[J].中国矿业大学学报，2021，50（02）：256-264.

[2]张少春.装配式混凝土梁柱中节点抗震性能试验研究[J].粘结，2021，45（03）：192-196.

[3]丁克伟，陈伟.装配式混凝土梁柱节点抗震性能试验和恢复力模型研究[J].沈阳建筑大学学报（自然科学版），2021，37（01）：51-60.

[4]丁克伟，韩苗兰.装配式混凝土半刚性梁柱节点的抗震性能研究[J].工程抗震与加固改造，2020，42（04）：63-69+45.

[5]韩苗兰.装配式混凝土半刚性梁柱节点的抗震性能试验研究[D].安徽建筑大学，2020.

[6]张书振.装配式再生混凝土梁柱节点抗震性能研究[D].广东工业大学，2020.