第 期 于建兵 等 钢绞线锚入式预制装配混凝土框架节点抗震试验研究 预制混凝土结构的试验研究和震害调查表明 只要预制构件的接合部位有可靠的连接 预制混凝土结 构就有良好的抗震性能 随着国家不断出台激励政策鼓励发展预制装配建筑 装配混凝土结构在房屋建筑中的应用成为了当前的研究热点 市场上不断涌现出各种

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1 第 卷第 期 年 月 东南大学学报 自然科学版!"$'$$ " " $( 钢绞线锚入式预制装配混凝土框架节点抗震试验研究 于建兵 郭正兴 扬州大学建筑科学与工程学院 扬州 东南大学土木工程学院 南京 摘要 为了系统研究钢绞线锚入式预制装配混凝土框架节点的抗震性能 对 个预制节点和 个现浇节点的足尺比例试件进行了低周反复荷载试验研究 探讨了预制装配节点的破坏形态 滞回性能 刚度退化以及耗能能力 试验结果表明 在节点核心区设置附加钢筋 能够有效提高节点的承载能力和变形能力 同时可以实现梁端塑性铰外移 加载前期 预制装配节点的滞回环面积较现浇节点小 但随着荷载的继续施加 预制节点的滞回环面积与现浇节点基本相当 这反映了节点的耗能能力在加载前期较现浇节点差 但后期与现浇节点基本相当甚至超过现浇节点 通过对比以上抗震性能发现 钢绞线锚入式预制装配混凝土框架节点能够满足抗震规范的要求 关键词 预制装配 低周反复荷载试验 滞回性能 耗能能力 抗震性能中图分类号 文献标志码 文章编号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国内外关于预制装配式混凝土结构的研究主要集中在构件节点连接方式 接合部受力性能以及 不同连接方式下装配式结构整体抗震性能方面 连接方式是预制装配式混凝土结构的核心技术 收稿日期 00 作者简介 于建兵 男 博士 讲师 " $$* 基金项目 国家重点研发计划资助项目, 引用本文 于建兵 郭正兴 钢绞线锚入式预制装配混凝土框架节点抗震试验研究 东南大学学报 自然科学版 $(

2 第 期 于建兵 等 钢绞线锚入式预制装配混凝土框架节点抗震试验研究 预制混凝土结构的试验研究和震害调查表明 只要预制构件的接合部位有可靠的连接 预制混凝土结 构就有良好的抗震性能 随着国家不断出台激励政策鼓励发展预制装配建筑 装配混凝土结构在房屋建筑中的应用成为了当前的研究热点 市场上不断涌现出各种预制装配梁柱节点体系 如南京大地引进的法国 世构体系 润泰的 润泰体系 日本鹿岛的 鹿岛体系 等 针对各种节点体系 国内开展了相关的试验研究及示范工程试点 取得了较 为丰富的试验结果以及工程建设经验 在现有研究基础上 本文提出一种钢绞线锚入式预制装配混凝土框架梁柱节点 (!'!$ 4!(0!)!*$ 简称 /, 并对该新型节点的抗震性能进行了试验研究 );/ 节点构造 /, 节点是一种新型湿式节点连接形式 节点核心区现场拼装时 通过现浇混凝土将预制梁与柱进行连接 该节点可以解决构件运输困难的问题 同时能够解决预制构件在制作和建造过程中精度要求较高的问题 该新型节点的具体构造如下 为了能够解决配置高强筋混凝土开裂问题 采用预制预应力混凝土梁 柱采用预制柱或现浇柱 预制梁底部受力钢筋采用 根直径为 ** 的钢筋代替普通钢筋 梁端留有长度为 ** 的键槽 对键槽段的箍筋进行加密 间距为 ** 键槽部分及伸入到对面键槽内的钢绞线为无预应力段 由于钢绞线与混凝土之间的黏结性能较普通钢筋弱 对钢绞线端部作压花锚处理 同时设置锚固端板 增强钢绞线与混凝土之间的黏结性能 为了能够实现梁端塑性铰转移 在节点核心区设置 根直径为 ** 的附加钢筋 在梁柱拼装时 在键槽范围可充分利用钢绞线的柔韧性实现自由掰动 从而可以避免梁柱节点受力筋的碰撞 提高预制构件工厂的加工制作效率 预制梁构造示意图如图 所示 梁柱节点拼装如图 所示 图 预制梁构造 图 节点拼装图 );/ 节点耗能理论分析 /, 节点采用钢绞线作为预制梁的受力钢筋 钢绞线在键槽部位为无预应力段 在低周反复荷载作用下 该段钢绞线相当于普通钢筋 钢绞线在屈服时 没有普通钢筋那么明显的屈服平台 塑性变形能力较弱 但是钢绞线的极限强度较普通钢筋极限强度高很多 从耗散能量概念出发 通过提高结构的塑性变形能力和极限承载能力都可以增加结构的耗能能力 /, 节点配置钢绞线可以提高构件的极限承载能力 因此可达到耗散大量能量的目的 如图 所示 通过提高结构的极限承载能力 延性性能较差钢绞线曲线 2 与位移轴所围的面积基本等同于延性性能较好普通钢筋曲线 /. 与位移轴所围面积 即耗能能力基本相当 图 能量耗散机制示意图 );/ 节点试验设计 节点设计按照 强柱弱梁 强节点弱构件 的设计原则 设计了 个现浇对比节点 个全预制节点及 个节点 节点编号见表 对于梁预制柱现浇的节点 柱的钢筋骨架可以在工厂进行绑扎 运到现场与预制梁进行拼装 本次试验所有节点都采用足尺模型 混凝土强度等级为, 纵向钢筋均为 7 级普通钢筋 箍筋为 /7 钢筋 节点设计详图见图 试验加载装置及加载制度加载装置见图 试验时柱顶放置 油压

3 东南大学学报! 自然科学版" 第!" 卷 ") 表 :;试件编号及类型 施加 反 对 称 荷 载;采 用 力 位 移 混 合 加 载 控 制 方 试件编号 预制情况 节点处构造 法 *' $在弹性阶段采用荷载控制加载$且每次加载 V! GD GD GD' GD! GD GD) GD" GD- 现浇节点 普通钢筋混凝土 设附加钢筋$有无黏结段 设附加钢筋$没无黏结段 无附加钢筋$有无黏结段 无附加钢筋$无无黏结段 无附加钢筋$有无黏结段 无附加钢筋$无无黏结段 设附加钢筋$有无黏结段 设附加钢筋$无无黏结段 循环 次$待试件屈服后$采用位移控制加载$每级 位移荷载循环 ' 次$加载一直进行到荷载下降到极 限荷载的 -F; 图 B;加载装置?K?;材料的力学性能 试件制作材料均根据设计要求选择$每一批混 凝土均留设 ' 个混凝土立方体试块$试块在同等条 件下进行养护;根据钢筋的规格型号$每种钢筋分 单位""" 别取样 ' 根$进行材料性能试验$从而获得材料真 千斤顶将轴力加到预定值! 轴压比 $; " ;左右两边 实强度$钢筋的力学性能如表 所示$混凝土力学 梁下各放置 个 )$ 1单向千斤顶$通过油泵在梁端 性能如表 ' 所示; 表 <;钢筋的力学性能 钢筋 规格 $U'$$ $U'' $U'' $U'' $U'' 钢绞线 直径 > BB 面积 > BB $ ) ; " "-; $;!; '-$;!($; ( (-; " 屈服力 > S ; )"; ( ($; (; ' "!;! ($; 屈服强度 > PG0 '(; ''-; $ '!; '!$; '; )$; $ 最大力 > S 抗拉强度 > PG0 '; ( $"; ) '!;! $!; )-; ($; 弹性模量 > WG0!' '(!" (" ( 伸长率 > F ; $ (;!$ -; ($ -; $ );!$!; " 表?;混凝土的力学性能 立方体抗 轴心抗 荷载 > 压强度 压强度 S " PG0 " PG0 5 2$S > 5 S> 弹性模量 F5> 混凝土 设计 强度 第 批 D!$ -$" '; - ; ' '; 第 批 D!$ (' '; ) '; - '!; WG0!0 " V!! N" GD!5 :;试件破坏过程及破坏形态! 9" GD'!7 " GD!!A " GD 各个试件虽然构造不同$但破坏过程都经历了 ' 个阶段$即弹性阶段带裂缝工作阶段和破坏阶 段;图 ) 为各个试件在试验中的最终破坏形态; 加载过程中$V!节点的开裂荷载较预制节点 开裂荷载高$V!节点开裂荷载为 ' S$预制节点 开裂荷载基本都在 S左右$第 道裂缝都出现! K" GD)! J" GD" 图 D;试件破坏形态!6 " GD-

4 第! 期 于建兵$等钢绞线锚入式预制装配混凝土框架节点抗震试验研究 ")' 在预制梁键槽内新老混凝土结合处;所有节点的最 点核心区仅出现几条交叉的裂缝$节点区没有发生 终破坏形态都是梁端破坏$梁端破坏即为梁底纵筋 严重的剪切破坏$柱端也未出现裂缝;这说明所有 屈服$受压区混凝土压碎$钢筋保护层剥落$直到塑 试件都符合( 强柱弱梁$强节点弱构件) 的要求; <;节点滞回曲线分析 坏有利于结构的抗震$本次试验的 ( 个节点都是设 在结构试验中$受力构件在循环反复荷载作用 计所期望的梁上( 塑性铰) 弯曲破坏$在试验结束 下的 力 后$梁的底部受力钢筋都屈服! 部分试件梁底纵筋 线 *! ;通过滞回曲线可以了解结构的承载能力 发生断裂" $梁底混凝土被压碎$而且在梁上形成 变形能力耗能能力及延性等力学性能;本文对 ( 塑性铰区$满足梁端弯曲破坏的各项特征!0 " V!! 9" GD'! K" GD) * ;而节 位 移! PH :" 曲 线 称 为 构 件 的 滞 回 曲 个节点进行了分组比较$各节点滞回曲线见图 ";! N" GD!7 " GD!! J" GD"!5 " GD!A " GD!6 " GD- 图 M;试件滞回曲线 通过 ( 个试件滞回曲线的对比发现 在弹 性阶段$所有预制装配节点在向上加载与向下加载 时滞回曲线与现浇节点形状相似$都呈线性变化$ 但是随着荷载的进一步施加$待试件进入屈服阶段 后$向下加载时$试件有明显的屈服平台$而且形状 本相当; 在节点核心区设置附加钢筋$能够较为 显著地提高节点的变形能力与承载能力$从而可以 提高节点的抗震性能;) 对比 ( 个节点滞回曲线 可以发现$采用钢绞线作为受力筋的预制节点极限 也较为饱满$而向上加载时$由于钢绞线没有屈服 台阶$因此试件滞回曲线没有明显的屈服平台$滞 回曲线较现浇节点有一定的捏缩;$ 对预制节点 结构在反复荷载作用下$其刚度! I" 会出现退 化的现象;刚度退化实质是反映了结构在反复荷载 底部构造钢筋做无黏结处理$对节点的滞回性能影 作用下的累计损伤$是结构抗震性能分析的一个重 要指标 * ; 响不大$其形状较为接近$同时极限承载能力也基

5 东南大学学报 自然科学版 第 卷 通过图 可发现 个节点的刚度退化曲线总体趋势一致 在弹性阶段 所有节点刚度退化速度较快 但是在进入屈服阶段后 刚度退化随着位移的增加变得趋于平缓 同时可以看出 在弹性阶段现浇节点的刚度大于所有预制节点 主要原因是预制节点在键槽处存在新老混凝土结合面 在弹性阶段 较现浇整体结构刚度要差 但是随着荷载的继续施加 待试件进入屈服阶段后 现浇节点中普通钢筋屈服 刚度下降较快 通过刚度退化曲线可以发现 进入屈服阶段后 预制节点刚度都大于现浇节点刚度 说明预制节点键槽内箍筋的加密以及钢绞线应力的增大对构件刚度贡献较大 预制节点在节点核心区设置附加钢筋的 /,/,/,/, 较其他预制节点刚度大 这说明节点核心区设置附加钢筋对试件的刚度有一定贡献 图 等效黏滞阻尼系数计算示意图 表 ( 不同加载阶段试件等效黏滞阻尼系数 构件编号 屈服荷载的 * 极限荷载的 * 8 /, /, /, /, /, /, /, /, * 结论 (( 节点耗能 图 节点刚度退化曲线 为了进一步了解 /, 节点的耗能能力 选用等效黏滞阻尼系数 * 作为耗能指标来对比 个不同构造 不同装配方式的装配节点在不同加载周期时的耗能能力 等效黏滞阻尼系数与能量耗散系数类似 等效黏滞阻尼系数越大 结构的耗能能力就越好 越有利于结构的抗震 如图 所示 等效黏滞阻尼系数 * 计算公式如下 * /. /2 各个试件在不同加载特征周期计算出来的等效黏滞阻尼系数见表 由表 可看出 预制节点在屈服阶段的耗能能力较现浇节点小 但随着荷载的不断施加 待试件进入极限承载阶段时 预制节点的耗能能力明显增加 特别是在节点核心区设置附加钢筋的节点在极限荷载阶段 耗能能力都超过了现浇节点 节点最终破坏形态都为梁端的弯曲破坏 节点核心区只是出现几道微小的交叉裂缝 说明所有试验节点都满足现行规范 强柱弱梁 强节点弱构件 的要求 同时在预制梁中施加预应力 该新型节点可以应用于跨度较大的建筑物中 对梁底部构造钢筋做局部无黏结处理 对节点受力性能影响较小 可以考虑对键槽内钢绞线进行一段无黏结处理 节点核心区不设置附加钢筋的预制节点无论是极限承载能力还是最终的变形能力 都较设置附加钢筋的预制节点小 同时 附加钢筋对提高节点的刚度也有一定的作用 总体上 节点核心区设置附加钢筋对提高节点的抗震性能是有益的 在试件进入屈服阶段之前 所有预制节点的耗能能力较现浇节点弱 但是随着荷载的继续施加 待试件达到极限荷载前 预制节点的总体耗能能力都有较大提高 部分试件的耗能能力超过现浇节点 说明预制节点有着较大的安全储备 参考文献 $ 7!')!' 2 $ 8 /4!$*"(' ))"( ' 4"*00"* *4($$($ 4!(("(' '(!""' (!!(

6 第 期 于建兵 等 钢绞线锚入式预制装配混凝土框架节点抗震试验研究 ()() $(! $ "4!$*" (' ) *00"* $ )!4!(!)!*( '!!3!(""$"'$, ()()'. /!$(" 2 29$(*$(()4!( *00"* $((*"($ '' '(!$)' ( 4$ 5(" -!' 7"G "$(*$0 3$!)!$!*0"* $(*')!*"0(!!'3"4' )!4!((!0 $. ()() (!, 71$'!4' "' (( 4!(!*00"* $(!$)' (- 4$ "!2,!6 /!603! " $(*$(()*00"* $($ 4!0 (!)!*!$)' ( 4$ - 0 $ 7 $4 0-(( 4!(! )!*($ $((!' )!* "* )(()()'!$)' - 8, 1 7$(*$3$!)!$' 0!*0"* $($ *4($*( ' (0$04""*( ()()'!$)' 柳炳康 宋满荣 黄慎江 等 三层预压装配式预应力混凝土框架抗震性能试验研究 建筑结构学报 $ 7$5 2! $ " 4!$*"(' ($(*$4!)!*)!(0! 4(0($' 4!(, )!*!$)'$ )' ()() $,$0 ( 于建兵 郭正兴 管东芝 等 新型预制装配框架混凝 土梁柱节点抗震性能研究 湖南大学学报 自然科学版 $( 0 $$ 9 1$ 9 6$ " (! ($(*$3$!) ("4!(!*0 "* $!$)'$ ),(- ()' ( $(0 $,$( 朱张峰 郭正兴 预制装配式剪力墙结构节点抗震性 能试验研究 土木工程学报 1 1) 9 1$ $(*$(' "($()$() 4!(!(!" (!!*,'.!$)' (*,$( 中国建筑科学研究院 97 建筑抗震设 计规范 北京 中国建筑工业出版社 中国建筑科学研究院 9 建筑抗震试验 方法规程 北京 中国建筑工业出版社 程万鹏 宋玉普 王军 预制装配式部分钢骨混凝土 框架梁柱中节点抗震性能试验研究 大连理工大学学报 ' "0, 4 4 4!$*0 "(' )($(*$4!)!*)!$!$!*0"0 * $()4!(' '$($ (("!$)!'!)!*(!$)'$/',(-$ *$'$- ** ' "$,$( 黄远 张锐 朱正庚 现浇柱预制梁混凝土框架结构 抗震性能试验研究 建筑结构学报 1 $ 1 14!$0 *"(' ($(*$4!)!*))!*$ 4!(*(' ($04""*(!$)' $)' ()(), $,$(

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