附加阻尼器的預應力裝配式節(jié)點抗震性能試驗研究

韓建強　裴亞暉　徐國強,2　張曉杰　楊珊珊

(1.華北理工大學,唐山 063009;2.河北省地震工程研究中心,唐山 063009)

?

附加阻尼器的預應力裝配式節(jié)點抗震性能試驗研究

韓建強1,2,*裴亞暉1徐國強1,2張曉杰1楊珊珊1

(1.華北理工大學,唐山 063009;2.河北省地震工程研究中心,唐山 063009)

摘要通過對附加阻尼器的預應力裝配式框架結構節(jié)點和現澆框架節(jié)點的低周反復荷載試驗,研究了鋼筋混凝土框架結構和附加阻尼器的預應力裝配式框架結構節(jié)點的裂縫分布、破壞形態(tài)、滯回曲線及位移延性等抗震性能。試驗結果表明:附加阻尼器的預應力裝配式框架結構抗震性能良好,在抗震設防地區(qū)具有良好的應用前景。

關鍵詞預應力, 裝配式, 框架結構, 阻尼器, 抗震性能

Experimental Study on Seismic Performance of Assembled PrestressedConcrete Structure Beam-column Joints with Dampers

HAN Jianqiang1,2,*PEI Yahui1XU Guoqiang1,2ZHANG Xiaojie1YANG Shanshan1

(1.North China University of Science and Technology,Tangshan 063009,China;

2.Earthquake Engineering Research Center of Hebei Province,Tangshan 063009,China)

AbstractThrough the experiment under low cyclic loading of cast-in-situ reinforced concrete frame beam-column joints and damped beam-column joints of prestressed concrete frame structures, the seismic performance including crack distribution, failure pattern, hysteresis curve, and the displacement ductility are analyzed. The results showed that: assembled prestressed concrete frame structure with damped beam-column joints have good seismic performance, and have wide application prospect in earthquake area.

Keywordsprestressed, assembled, frame structure, damper, seismic performance

1引言

預應力裝配式框架結構體系可以提高構件的標準化和工廠化程度,大大節(jié)省模板支撐體系,同時還可以縮短工期,是一種優(yōu)良的結構體系,符合我國建筑工業(yè)化進程的要求,是我國建筑結構發(fā)展的重要方向之一[1-3]。但是,預制裝配式混凝土框架結構的抗震耗能能力較差,在地震設防地區(qū)的應用受到限制。從歷次地震中的結構破壞情況來看,預制框架的震害多集中在梁柱節(jié)點區(qū)[4]。節(jié)點關系到整個結構的安全性和穩(wěn)定性,是結構破壞的核心部位,其抗震性能還有待進一步研究[5]。本文通過對兩個預應力裝配式框架結構試件和兩個現澆鋼筋混凝土框架結構試件的低周反復荷載試驗對比,研究現澆框架結構、附加阻尼器的預應力裝配式框架結構節(jié)點的裂縫分布、破壞形態(tài)、滯回曲線及位移延性等抗震性能。

2試驗設計

2.1　試件設計

本試驗共制作了兩組共4個足尺梁柱節(jié)點模型,按強柱弱梁的原則設計,現澆中節(jié)點RCJ-1(圖1)和邊節(jié)點RCJ-2(圖2)各一個,附加阻尼器(圖3)的預應力裝配式框架中節(jié)點PCJ-1(圖4)和邊節(jié)點PCJ-2(圖5)各一個。預應力裝配式框架節(jié)點由預制梁(圖6)和預制柱(圖7)裝配而成。四個試件的梁截面尺寸均為200 mm×400 mm,柱截面尺寸為400 mm×400 mm。混凝土強度等級為C40,混凝土力學性能參數見表1。梁柱縱筋和箍筋均采用HRB400熱軋鋼筋,梁柱均為對稱配筋,鋼筋的實測力學性能參數見表2。摩擦阻尼器的力學性能參數見表3。在梁端及柱子節(jié)點核心區(qū)布置鋼筋應變片,裝配構件中的鋼絞線通過端部的力傳感器采集裝配和加載過程中荷載變化數據。

圖1　試件RCJ-1尺寸及配筋(單位:mm)Fig.1　Dimension and reinforcement layout ofspecimen RCJ-1 (Unit:mm)

圖2　試件RCJ-2尺寸及配筋(單位:mm)Fig.2　Dimension and reinforcement layout ofspecimen RCJ-2(Unit:mm)

圖3　阻尼器Fig.3　Damper

圖4　裝配試件PCJ-1Fig.4　Assembly of specimen PCJ-1

圖5　裝配試件PCJ-2Fig.5　Assembly of specimen PCJ-2

圖6　預制梁(單位:mm)Fig.6　Precast beam(Unit:mm)

表1混凝土力學性能參數

Table 1　Concrete mechanical parameters　MPa

圖7　預制柱(單位:mm)Fig.7　Precast column(Unit:mm)

表2鋼筋力學性能參數

Table 2　Steel mechanical parameters

表3摩擦阻尼器的力學性能參數

Table 3　Mechanical properties ofthe friction damper

2.2　加載裝置

本試驗在一個門式反力鋼架下進行,柱端通過固定于反力墻上的MTS電液伺服作用器施加水平低周反復荷載,柱子底部固定于帶轉動鉸支座的柱帽內,梁端上下安裝兩個可以水平滾動的滾輪,在柱端水平力作用下梁端可以左右移動,不能上下移動。柱頂施加可以水平移動的豎向軸力,通過門式反力鋼架由安放在柱頂的千斤頂施加軸壓力,軸壓比為0.2。加載裝置及測點布置見圖8。

2.3　測量內容及測點布置

在試件節(jié)點核心區(qū)柱子四角的四個縱筋各布置三個縱向應變片,用于測量縱筋的應變;試件節(jié)點核心區(qū)柱子的三個箍筋各布置兩個箍筋應變片,用于測量箍筋應變。在梁柱節(jié)點處的梁端四角縱筋各布置一個縱向應變片,用于測量梁縱筋應變;在梁柱節(jié)點處的梁端一個箍筋布置兩個應變片,用于測量梁端剪力。

圖8　加載裝置Fig.8　Loading device

2.4　加載程序

本試驗采用荷載-位移混合控制的加載方法[6]。達到屈服荷載前,力與變形的關系基本是線性的,而且變形增量增大不多,采用荷載控制加載;當節(jié)點屈服以后,力的增量變小,而變形的增量很大,采用位移控制加載。按屈服位移的倍數即 1△y、2△y、3△y 分級,每級加載循環(huán)反復二次。直到加載值下降到峰值的85%,認為節(jié)點破壞,試驗結束。每級荷載循環(huán)保持相同時間間隔。

3試驗結果分析

3.1　滯回曲線

滯回曲線是在反復作用下結構的荷載-變形曲線。它反映結構在反復受力過程中的變形特征、剛度退化及能量消耗等抗震性能。中節(jié)點試件的柱端荷載-位移滯回曲線見圖9,邊節(jié)點試件的柱端荷載-位移滯回曲線見圖10。

從圖可以看出:兩組試件的滯回曲線形狀、大小以及變化過程均非常相似。早期兩組試件的滯回曲線均呈梭形,滯回環(huán)包含的面積很小,接近直線形,殘余變形很小。試件開裂后滯回環(huán)所包含的面積逐漸變大,且滯回環(huán)逐漸偏離原來的直線形開始呈現曲線形,呈現出一定的捏攏效應。從整體上看兩組試件的滯回曲線都比較豐滿,具有良好的耗能能力。

圖9　中節(jié)點荷載-位移滯回曲線Fig.9　Load displacement hysteretic curves ofcenter connections

圖10　邊節(jié)點荷載-位移滯回曲線Fig.10　Load displacement hystereticcurves of back edge connections

初期試件PCJ-1和PCJ-2與試件RCJ-1和RCJ-2相比,捏攏效應比較明顯,變形恢復能力也較高,而滯回環(huán)的飽滿程度稍差。而試件RCJ-1和RCJ-2在節(jié)點核心區(qū)破壞后則捏攏效應十分明顯,滯回環(huán)的飽滿程度及耗能能力顯著下降。

3.2　骨架曲線

兩組試件在水平低周反復荷載作用下的骨架曲線大致相同,都經歷了彈性、屈服、強化和下降4個階段。兩組試件開裂前骨架曲線均呈直線,且?guī)缀踔睾?試件變形為彈性變形。中節(jié)點試件的骨架曲線見圖11,邊節(jié)點試件的骨架曲線見圖12。

試件開裂后,骨架曲線的曲率變小,向位移軸偏移,位移增長的速度加快,荷載增長的速度減慢。與試件PCJ-1和PCJ-2相比,試件RCJ-1和RCJ-2的極限承載力較大,破壞時的位移也較大。試件RCJ-1和RCJ-2的延性優(yōu)于試件PCJ-1和試件PCJ-2。

3.3　剛度退化

兩組試件的剛度退化隨著位移的增加呈增大趨勢,正向加載和反向加載時剛度退化速度基本相同。試件RCJ-1和RCJ-2的初始剛度均大于試件PCJ-1和試件PCJ-2,荷載較小時剛度退化速度也大于試件PCJ-1和試件PCJ-2。中節(jié)點試件的剛度退化曲線見圖13,邊節(jié)點試件的剛度退化曲線見圖14。

圖11　中節(jié)點骨架曲線Fig.11　Skeleton curve of center connections

圖12　邊節(jié)點骨架曲線Fig.12　Skeleton curve of edge connections

3.4　位移延性

現澆節(jié)點試件根據試驗數據采集的縱筋應變,確定構件屈服荷載及變形,因裝配構件連接處為鋼絞線和阻尼器,構件破壞時均處在彈性階段,按照極限荷載的80%對應的變形假定為屈服變形。整理試驗數據后,得出兩組試件的位移延性系數見表4。

除了消息認證性和完整性外，簽名還能提供不可否認性服務，即當簽名人抵賴所簽署過的消息時，簽名σ可以提交給第三方仲裁機構來判定。除了上述3個多項式時間算法外，數字簽名方案還需要滿足一定的正確性要求：簽名人所簽署過的消息簽名對必須以壓倒性概率通過驗證算法。

圖14　邊節(jié)點剛度退化曲線Fig.14　Stiffness degradation curve of edge connections

從表中可以看出,兩組試件的位移延性系數大致相當。試件PCJ-1和試件PCJ-2的延性略好于試件RCJ-1和RCJ-2。

4結論

(1) 在低周反復荷載作用下,兩組試件的破壞主要集中在梁柱連接面部位。試件RCJ-1和RCJ-2節(jié)點核心區(qū)輕微破壞,試件PCJ-1和試件PCJ-2節(jié)點核心區(qū)完好。兩組試件均屬于典型的梁端塑性鉸破壞,與“強柱弱梁”的抗震設計目標一致。

表4試件的位移延性系數

Table 4　Displacement ductility factor of specimens

(2) 在加載過程中,試件PCJ-1和試件PCJ-2梁柱接觸面均沒有明顯的剪切滑移,卸載后阻尼器安裝桿有輕微變形。說明附加阻尼器的預應力裝配節(jié)點均有足夠的抵抗梁端剪力的能力。

(3) 兩組試件的滯回曲線均比較飽滿,具有良好的耗能能力。相比之下,現澆框架節(jié)點的耗能能力略好于裝配框架節(jié)點。

(4) 由于預應力鋼絞線的預壓作用,明顯提高了預應力裝配式框架結構的開裂荷載,且卸載后預應力裝配式框架結構的變形基本可以恢復,殘余變形明顯小于現澆結構,說明預應力裝配式構件具有良好的變形回復能力。

(5) 從延性系數上看,預應力裝配式框架結構的延性較好于現澆框架結構。

參考文獻

[1]培新,郭正興.新型裝配式不對稱混合連接節(jié)點試驗研究[J].施工技術,2010,03:63-65.

Pei Xin,Guo Zhengxing.The new assembly asymmetric mixed connection construction technology test research on node [J].Construction Technology,2010,03:63-65.(in Chinese)

[2]韓建強,李振寶,宋佳,等.預應力裝配式框架結構試驗研究與分析[J].四川建筑科學研究,2010(5):130-133.

Han Jianqiang,Li Zhenbao,Song Jia,et al.The prestressing assembly type frame structure analysis and experimental study[J].Building Science Research of Sichuan,2010,(5):130-133.(in Chinese)

[3]王墩,呂西林,趙斌.預制混凝土剪力墻結構抗震性能研究進展[J].結構工程師,2010,26(6):128-135.

Wang Dun,Lu Xilin,Zhao Bin.Progress of study on seismic performance of precast concrete shear wall systems [J].Structural Engineers,2010,26(6):128-135.(in Chinese)

[4]范力,呂西林,趙斌.預制混凝土框架結構抗震性能研究綜述[J].結構工程師,2007,23(4):90-97.

Fan Li,Lu Xilin,Zhao Bin.Summary of investigation on seismic behavior of precast concrete frame structures [J].Structural Engineers,2007,23(4):90-97.(in Chinese)

[5]焦雙健,魏巍,馮啟民.鋼筋混凝土框架地震破壞研究綜述[J].世界地震工程,2000,16(4):42-46.

Jiao Shuangjian,Wei Wei,Feng Qimin.A summary on research of RC frame subject to seismic damage[J].World Earthquake Engineering,2000,16(4):42-46.(in Chinese)

[6]中華人民共和國建設部. JGJ 101—96 建筑抗震試驗方法規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.

Ministry of Construction of the People′s Republic of China. JGJ 101—96 Seismic test method of building code [S].Beijing:Chinese Architecture Industry Press,1997.

基金項目：國家自然科學基金項目資助(51208171);河北省科技支撐計劃項目(13273809);河北省高等學?？茖W技術研究項目(ZD2014021)

收稿日期：2014-10-31

*聯系作者， Email:tshjq@139.com