装配整体式混凝土框架端节点试验研究.pdf

浙 江建 筑 ， 第 2 8卷 ， 第 7期 ， 2 0 1 1年 7月 Z h e j i a n g C o n s t r u c t i o n，Vo 1 2 8，No 7，J u 1 2 0 1 1 装配整体式混凝土框架端节点试验研究 E x p e r i me n t a l S t u d y o n J o i n t s o f Pr e c a s t Mo n o l it h i c RCF r a me 邱剑辉 ， 张季超 ， 吕建根 Q I U J i a n h u i ， Z H A N G J i - c h a o ，L V J i a n g e n ( 1 仲恺农 业工程学 院城 建学 院 ， 广东 广州 5 1 0 2 2 5 ； 2 。 广州大学土木学院 ， 广东 广州 5 1 0 0 0 6 ) 摘要 ： 通过对装配整体式混凝土框架粱一 柱端节 点的低周反 复荷 载试验 ， 研究其破坏形态 和破坏机理 ， 分 析了构件受力 的滞 回曲线及钢筋、 混凝土受力情况 ， 并对节点安全性 进行评判 。试件满足 “ 强柱弱粱”、 “ 强剪弱弯” 和“ 强节点 、 强锚 固” 的要求 ， 具有 良好的整体性及耗能能力 ， 抗震性能 良好。试验为装配整体式钢筋混凝 土框架 结构体 系的推广应用 提供试验论证 ， 促进装配整体 式混凝土结构_的发展。 关键词 ： 梁一 柱端节点 ； 抗 震性能 ； 滞 回曲线 ； 安 全性能 ； 低周 反复荷载试验 中图分类号 ： T U 3 1 7 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 83 7 0 7 ( 2 0 1 1 ) 0 70 0 2 1 0 4 装配整体式混凝土结构是在现浇结构和全装配 式 结 构 的基础 上发 展 起 来 的 一 种 结构 形 式 ， 属 于半 装配式结构 。其先在工厂( 预制厂) 生产预制构件 ， 将预制构件( 梁 、 板 、 柱) 运到工地安装 ， 再在预制构 件上浇筑叠合层混凝 土， 从 而形 成一整体结 构。 它 结合 了全 装 配式 结 构 和 现 浇 结构 的优 点 避 免 了 它们 的一些主要缺点 ， 可 以提高构件 的标准化和工 厂化程度 ， 构件质量有 保证 ， 大大节省模板 支撑体 系 ， 同时还可以缩短工期 ， 是一 种优 良的结 构体 系。地震 的频发给人类带来 了深重灾难 ， 造成 巨大 的生命伤害及财产损失 ， 装配式结构 的抗震性能在 应用过程 中被工程界广泛关注。本文对一装配整体 式梁一 柱端节点进行试验 ， 研究其抗震 性能， 为这种 结构在建筑物 中的推广应用提供试验依据 。 1试验研究 梁一 柱端节点的尺寸见 图 1 ， 其 中梁 的全截面尺 寸为4 0 0 m m x 6 0 0 m m， 由预制和现浇两部分组成( 截 面尺寸分别为4 0 0 m m 2 6 0 m m和4 0 0 m m x 3 4 0 m m) ， 长 度 为 1 3 0 0 m m； 柱 截 面 为 6 5 0 m m x 7 5 0 m m， 高 2 2 0 0 m m； 采用 C 4 0混凝土。试验加载时， 节点柱上 施加的荷载为2 0 0 0 k N( 轴压 比为 0 2 ) ， 梁上加载点 的位置距柱边1 1 0 0 m m处 ( 剪跨 比为 2 0 ) 。梁主筋 在框架节点中的锚固采用钢筋锚固板的形式 。 6 4 0 M1 6 预埋件 牛= 。 l l l l l 0 端头锚 I L s L 一 l 一 1 一 ， 8 o 一 隶 ) g 星 = ! = 0 ( 1 ( ! 7 0 0 1 0 1 0 0 ) n 二 兰 0 n 嚣 。 墓 竖向位j ， 是# 收稿 日期 ： 2 0 1 1 0 40 1 基金项 目： 仲恺农业工程学院科研基金项 目( G 3 1 0 0 0 3 6) 资助 作者简介 ： 邱剑辉( 1 9 8 4 一 ) ， 男 ， 江西抚州人 ， 助理实验师， 主要从 事结构工程研究 。 图 1 试 件尺寸示图 2 2 浙江建筑 2 0 1 1 年第 2 8卷 试验采用低周反复荷载试验 来研究装配整 体式框架端节点的抗震性 能特征 ， 分析节点在低周 反复荷载下的受力过程、 破坏形态和破坏机理 、 滞回 环形状及钢筋、 混凝土受力情况等 。 1 1 试 件破 坏 形 态和破 坏机 理 图 2为 试 件 最 终 的 破坏形 态图。在梁端 的 低周反复荷载作用下 ， 试 件的裂缝主要集 中在梁 上 。裂缝 首 先 出 现 在 梁 柱接 合面处 ， 在 试验前期 梁上 裂缝不 断增多 ， 后 期 数量 增加减 少 ， 但宽度 明 图 2试 件破 坏形态 显增加。随着反复加载的不断施加 ， 梁上裂缝的长度 和宽度不断发展 ， 表面混凝土剥落 ， 最终在梁柱接合 面形成一条上下贯通的主裂缝， 试件在此接合面处受 拉破 坏 。加 载 到位 控 阶段 ， 试 件 在 叠 合 面上 出现 裂 缝 ， 但裂缝 长度较短 ， 开展较缓 慢 ， 在 试件 破坏 时叠合 面上下仍然是一个完整的结构整体。从试件 的破坏 形 态看 ， 最终 的破坏 形态为典 型 的梁 受拉破坏 。 1 2滞 回 曲线 滞回曲线是结构抗震性 能的综合体 现， 也是进 行结构抗震反应分析的主要依据。梁端在低周反复 荷载作 用下滞 回 曲线 见 图 3 。从 图 3中可 得 出 ： 在 试 验前期试件的滞回曲线呈梭形 ， 滞 回环较为饱满。随 着反 复荷载 的继续 施 加 ， 梁端 混凝 土裂 缝 不 断发 展 ， 加载曲线和卸载曲线的斜率逐渐减小 ， 呈现一定程度 的捏拢现象， 试件刚度逐渐退化 ； 随着加载点位移 的 增大 ， 梁端形成塑性铰并不断发展 ， 两试件的滞 回环 所包围的面积不断增加 ， 表现出良好 的耗能能力。 6 00 Z 4 0 0 。 2 0 0 o 0 。 “ 。 。 。 图 3滞回 曲线 1 3 试件 钢 筋 、 混 凝 土受 力分析 在试件的制作过程 中， 为测试在低周反 复荷载 作 用下 构件 的钢 筋 、 混 凝 土 受 力 情 况 ， 在 梁 、 柱 的 主 筋 、 箍 筋上 及梁 混凝 土 表面 布 置 了应 变 片进 行测 试 。 1 3 1 柱 纵 向主 筋 的应 变 试 验 过 程 中测 得 在 节 点核心区柱纵 向主筋产生最大应变处为核心区上部 靠梁 内侧柱主筋 、 核心区下 部内侧柱主筋 ， 其荷载一 应变 曲线见图 4 、 图5 。由图4 、 图 5可见 ： 柱纵向 主筋应变均较小 ， 最大应变远小于其屈服应变 ， 钢筋 没有发生屈服； 柱纵 向主筋应变均处于弹性应变 状 态 ， 卸载后 能恢 复 到初始 状 态 。 6uu 6 O 0 互 o 0 - 20O 1 0 100 2 00 3 I 莎 - 6 0 0 图 4核心 区上 部内侧柱主筋荷载一 应 变曲线 0O O -200 -400 -60 0 图 5 核心 区下部 内侧柱 主筋 荷载一 应变 曲线 1 3 2 节点核心区箍筋应变试验过程 中测得在节 点核心区内侧和外侧箍筋产生最大应变的荷载一 应变 曲线分别见图6 、 图7 。由图6 、 7可见： 试件的柱节点核 心区箍筋应变均较小， 最大值不超过2 5 0 L ， 远小于其 屈服应变， 处于弹性工作阶段， 核心区箍筋没有屈服。 1 3 3 梁主筋应变试验对梁主筋受力最大的部位即 梁柱接合面进行测试， 其荷载一 应变曲线见图8 、 图9 。由 图8 , 9可以看出： 梁柱接合面处梁上钢筋在加载到屈 服点后 ， 进入塑性变形阶段 ， 在荷载增加很少的情况下 ， 钢筋应变急剧增加 ， 曲线接近水平； 梁主筋塑性变形的 第 7期 邱剑辉等 ： 装配整体式混凝土框架端节点试验研究 2 3 发展保证了构件的延性， 使构件出现明显的破坏征兆。 1 3 4 钢筋 锚 固 分析 试 验 测 试 了构 件 钢筋 锚 固 板 处 的受 力情 况 ， 测得梁 上 排 、 下 排 主筋在 锚 固板处 的荷 载 应 变 曲线分 别见 图 1 0 、 图 1 1 。 当锚 固板处 的钢筋应变达 到最大值 时， 梁柱接 合面处 的梁主筋屈服 ， 在低周反复荷载试验过程 中 锚 固板处钢筋产生 的最大应变值为2 3 5 8 ， 通过公 式( 1 ) 计算此时节点核心 区内梁主筋与混凝土 间的 - 0 2 0 1 0 ： 2O O -4 0 0 - 6 0 0 图6 核心区外侧箍筋荷载一 应变 曲线 4o l 蚤 l 麦 2 0 。 1 300 0 一。 8l -200 -400 图 8梁柱接合面处梁下排钢筋 o0 0 ： 一引 20O -400 - 60 0 图 1 O下排钢 筋锚固板处 1 3 5梁箍筋应变 靠近梁柱节点核心区的梁箍 筋荷载一 应变 曲线见图 1 2 、 图 1 3 。由图可见 ： 随着 反复荷载的不断增大 ， 梁上箍筋应变不断增大； 在 构件屈服前 ， 箍筋都没有达到屈服应变 ； 当试件加 载到破坏阶段 ， 梁上箍筋应变值较大， 接近于屈服 ， 平均粘结应力为亍=3 7 5 MP a 。 e o E A 一 A 一 Jr = + ( d r r l 。 ) ( 2 ) 通过公式( 2 ) 计算带钢筋锚固板的锚固粘结强度 r = 5 5 3 M P a 。从而， 亍 r = 6 7 8 ， 节点核心区内梁 主筋与混凝土间的平均粘结应力远小于锚固粘结强度， 采用钢筋锚固板形式能够满足要求， 梁主筋锚固可靠。 6 0 0 - 互 o0 ： 20 13 。 一 -6 0 (3 图 7 核心区内侧箍筋荷载一 应变曲线 6 0 0 A ，： 互 00 哪 200 。 。 。 - 2 。 0 f 。 2。 图 9梁柱接合面处梁上 排钢 筋 60 0 Z 4 0 0 2 0 0 1 00 1 -6 0 0 图 l 1上排钢筋锚 固板处 但是应变没有进一步发展 ， 保证了构件抗剪强度。 1 3 6混 凝 土应 变试验 在 节 点 核心 区 中部 混 凝 土上布置应变 ， 通过测试 ， 计 算得到其第 1主应 变 和第 2主 应 变 的 荷 载一 应 变 曲 线 分 别 见 图 l 4、 图 1 5 。 2 4 浙江建筑 2 0 1 1年第 2 8卷 一 DO0 5001 一 -200 4OO - 6 0 0 图 l 2梁下箍筋荷载一 应变 曲线 5UU 600 蚤 。 200 o 一2 0 0 40 0 6 0 0 - 图 l 4 第 1主应变 从核心混凝土第 1主应变 和第 2主应变 的荷 载一 应变 曲 线 图可 以看 出 ： 在 低周 反 复荷 载作 用下 核 心区混凝土受拉应变一直处于弹性状态 ， 应变值较 小 ， 没有发生开裂 ； 核心区混凝土受压应变同样一直 处于弹性状态 ， 应 变值较小 ， 远 未达到受压 屈服状 态。由此可见 ， 节点核心区混凝土保持完整 ， 没有发 生混凝 土 破坏 情况 。 1 4节 点安 全性评 判 在低周 反复荷载作 用下 ， 直到试 验结束 时 ， 试 件节 点 核 心 区 的 箍 筋 应 变 较 小 ， 中 部 混 凝 土 应 变 值较小 ， 处于弹性 状态 ， 只在试验后期核 心区边缘 出现少量 的几条较窄裂缝 ， 混凝 土整体 保持完 整 ， 没有发生核心 区破 坏情 况 ； 梁主筋 的锚 固端 产 生 应变较小 ， 没有 出现锚 固端 被 拔 出现 象 ， 锚 固 良 好 ； 试件首先在梁端开裂 ， 最终梁 主筋 在低周反 复 荷载作用下受 拉屈 服 ， 在梁 柱接合 面 的梁端 形 成 一 条上下贯通 的主裂缝 ， 试件 受弯破坏 ， 没有发 生 受剪破坏 。说 明试 件 满 足“ 强 柱弱 梁 ” 、 “ 强 剪 弱 弯 ” 、 “ 强节点、 强锚固” 的延性设计要求 ， 具有 良 好 的抗震性能。 6 00 蚤4 0 0 2 0 0 ) 0 0 。 口 -2 0 0 -4 0 0 -6 0 0 ， 图 1 3 梁上箍筋荷 载一 应变 曲线 600 沁 一兰 图 l 5第 2主应变 2 结 论 装配 整体 式框 架 梁一 柱 端 节 点 在 低周 反 复 荷 载 作用 下 ， 试 件 的滞 回环 较为饱 满 ， 随着 加载 点位移 的 增大 ， 滞回环所包围的面积不断增加 ， 表现出良好 的 抗震耗能能力 ； 试件满足 “ 强柱弱梁” 、 “ 强剪 弱弯” 和“ 强节点、 强锚 固” 的延性设计要求 ， 具有 良好 的 延性 、 整体性及耗能能力 ， 抗震性能 良好。试验为装 配整体式钢筋混凝土框架结构体系的推广应用提供 试 验论证 ， 促 进装 配整 体式 混凝 土结 构 的发展 。 参 考 文 献 1 周 旺华 现代混凝 土叠合 结构 M 北京 ： 中国建 筑工业 出版 社 ， 1 9 9 8 ： 12 2 A l f r e d A，Y e e P E，H o n D E n g S t r u c t u r a l a n d E c o n o mi c B e n e fi t s o f P r e c a s t P r e s t r e s s e d C o n c r e t e C o n s t r u c t i o n J P I C J O U R N A L ， 2 0 0 1 ， 4 6 ( 4 ) ： 3 4 4 2 3 沈在康 ， 潘 景龙 ， 王 娴明 ， 等 G B 5 0 1 5 2 - 9 2混凝 土结构试 验方 法标 准 S 北京 ： 中国建筑工业出版社 ， 1 9 9 2 4 沈在康 混凝土结构试 验方法 新标准 应用评讲 M 北京 ： 中 国建筑工业 出版社 ， 1 9 9 4 ： 2 5 2 2 5 4 5 过镇海 钢筋混凝 土原 理和分析 M 北京 ： 清华大学 出版社 ， 2 0 0 3： 1 5 0 1 61 6 周云 ， 宗兰 ， 张文芳， 等 土木 工程抗震设计 M 北京 ： 科 学 出版社 ， 2 0 0 5： 1 6 51 6 6