不同預(yù)應(yīng)力下附加阻尼器的裝配中節(jié)點(diǎn)抗震性能

裴亞暉， 韓建強(qiáng),2，王印會(huì)

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

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不同預(yù)應(yīng)力下附加阻尼器的裝配中節(jié)點(diǎn)抗震性能

裴亞暉1， 韓建強(qiáng)1,2，王印會(huì)1

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

不同預(yù)應(yīng)力；裝配式；框架結(jié)構(gòu)；中節(jié)點(diǎn)；阻尼器；抗震性能

本文通過對(duì)不同預(yù)壓應(yīng)力下附加阻尼器的預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究和現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，研究了不同預(yù)應(yīng)力下的附加阻尼器的預(yù)應(yīng)力裝配框架中節(jié)點(diǎn)和現(xiàn)澆框架中節(jié)點(diǎn)的裂縫發(fā)展、破壞形態(tài)、滯回曲線、骨架曲線、剛度退化曲線等抗震性能指標(biāo)。試驗(yàn)表明：附加阻尼器的預(yù)應(yīng)力裝配框架節(jié)點(diǎn)具有良好的抗震性能，在抗震設(shè)防區(qū)有較好的應(yīng)用前景，提高預(yù)壓應(yīng)力在一定程度上可以提高節(jié)點(diǎn)的抗震性能。

隨著建筑工業(yè)化的推行，發(fā)展裝配式混凝土結(jié)構(gòu)已是我國實(shí)現(xiàn)建筑工業(yè)化的必經(jīng)之路。在我國，由于以往裝配式框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的整體剛度和可靠性均不如相同設(shè)計(jì)參數(shù)的現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，所以要推廣裝配式結(jié)構(gòu)的使用就需開發(fā)一種新的節(jié)點(diǎn)連接方式，并研究其抗震性能[1]。本文所研究的不同預(yù)應(yīng)力下裝配框架中節(jié)點(diǎn)的抗震性能屬于裝配框架結(jié)構(gòu)抗震性能的研究范疇，我國在這方面的研究與發(fā)達(dá)國家相比還比較少[2]。為了促進(jìn)我國裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展，本文通過對(duì)3個(gè)框架中節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行低周反復(fù)加載試驗(yàn)，對(duì)不同預(yù)應(yīng)力下附加阻尼器的裝配框架中節(jié)點(diǎn)的抗震性能進(jìn)行了研究。

1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1試件設(shè)計(jì)和制作

本試驗(yàn)按照"強(qiáng)柱弱梁"的抗震設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)并制作了3個(gè)足尺寸梁柱節(jié)點(diǎn)模型。其中包括1個(gè)現(xiàn)澆中節(jié)點(diǎn)MCJ-1；2個(gè)附加阻尼器的裝配中節(jié)點(diǎn)PCJ-1和PCJ-2，張拉控制應(yīng)力分別為0.2fptk和0.3fptk。預(yù)應(yīng)力裝配節(jié)點(diǎn)由預(yù)制梁和預(yù)制柱裝配而成，在預(yù)制梁柱達(dá)到養(yǎng)護(hù)條件后進(jìn)行裝配，并將鋼絞線穿在預(yù)制梁柱的預(yù)留孔中，然后用高強(qiáng)灌漿料灌注梁柱接縫，當(dāng)灌縫中的灌漿料達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后，對(duì)預(yù)留孔中的鋼絞線進(jìn)行張拉錨固，最后進(jìn)行阻尼器的裝配。

試件的混凝土強(qiáng)度等級(jí)均為C40；梁柱縱筋和箍筋均采用HRB400熱軋鋼筋，梁的配筋率均為0.7%，柱的配筋率均為1.0%；裝配框架中的預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用Φ15.2的鋼絞線。3個(gè)梁柱節(jié)點(diǎn)模型除連接構(gòu)造型式和預(yù)應(yīng)力不同外，其他設(shè)計(jì)參數(shù)均相同，如圖1和圖2所示。試驗(yàn)所用阻尼器為摩擦阻尼器，詳細(xì)構(gòu)造如圖3所示。

圖1　試件MCJ-1尺寸及配筋

圖2　試件PCJ-1、PCJ-2尺寸及配筋

圖3　阻尼器

1.2加載方案與測(cè)量內(nèi)容

加載方案：試驗(yàn)水平加載采用荷載-位移混合控制的加載方法[3]，在試件屈服之前采用荷載控制，試件屈服之后采用位移控制。每級(jí)加載進(jìn)行反復(fù)2個(gè)循環(huán)，到水平承載力下降到極限承載力的85%或位移角加載到1/30結(jié)束加載。

試驗(yàn)測(cè)量的主要內(nèi)容包括：節(jié)點(diǎn)裂縫、鋼筋應(yīng)變及柱上端水平位移等。

加載裝置的詳細(xì)構(gòu)造如圖4所示，加載方案如圖5所示。

圖4　加載裝置

圖5　加載方案

2試件破壞現(xiàn)象與機(jī)制

從節(jié)點(diǎn)MCJ-1的破壞過程及破壞特征上看：加載初期，由于施加水平荷載較小，節(jié)點(diǎn)處于彈性變形狀態(tài)，沒有明顯現(xiàn)象；當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入塑性變形階段后，梁端開始出現(xiàn)細(xì)微裂縫，并隨著荷載的增加逐漸發(fā)展成交叉裂縫，同時(shí)節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)也出現(xiàn)少量的裂縫。最后，整個(gè)節(jié)點(diǎn)以梁兩端的混凝土被壓碎，梁縱筋屈服，節(jié)點(diǎn)以喪失繼續(xù)承載能力而宣告破壞，試驗(yàn)結(jié)束。破壞過程符合“強(qiáng)柱弱梁”原則。

從節(jié)點(diǎn)PCJ-1、PCJ-2的破壞過程及破壞特征上看：加載初期，與節(jié)點(diǎn)MCJ-1相同，均沒有明顯現(xiàn)象；當(dāng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入塑性變形階段后，梁端開始出現(xiàn)細(xì)微裂縫，但與節(jié)點(diǎn)MCJ-1相比，預(yù)應(yīng)力裝配節(jié)點(diǎn)的開裂荷載較大，裂縫出現(xiàn)的較晚，這個(gè)現(xiàn)象在預(yù)應(yīng)力較大的節(jié)點(diǎn)PCJ-2上更為明顯。整個(gè)結(jié)構(gòu)的殘余變形較小，梁柱節(jié)點(diǎn)處的破壞主要集中在梁端，框架柱及節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)并未出現(xiàn)裂縫。最后，整個(gè)節(jié)點(diǎn)以梁兩端的混凝土被壓碎而宣告破壞，試驗(yàn)結(jié)束。破壞過程符合“強(qiáng)柱弱梁”原則。

3試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1滯回曲線

滯回曲線是在反復(fù)荷載作用下結(jié)構(gòu)的荷載-變形曲線，它反映結(jié)構(gòu)在反復(fù)受力過程中的變形特征、剛度退化及能量消耗等抗震性能。3個(gè)梁柱節(jié)點(diǎn)試件的P-Δ滯回曲線如圖6所示，其中P為柱上端的水平荷載，Δ為柱上端的水平位移。

(a)　MCJ-1

(b)　PCJ-1

(c)　PCJ-2

通過對(duì)3個(gè)中節(jié)點(diǎn)滯回曲線的對(duì)比可得出：

(1)預(yù)應(yīng)力裝配中節(jié)點(diǎn)的滯回曲線不如現(xiàn)澆中節(jié)點(diǎn)的豐滿，但它們同樣消耗了可觀的能量，且滯回曲線的面積隨著加載位移的增大而增大。

(2)不同預(yù)應(yīng)力下的裝配中節(jié)點(diǎn)的滯回曲線面積在加載位移較小時(shí)差別不大。

(3)由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線的約束使裝配節(jié)點(diǎn)的滯回環(huán)有明顯的捏攏現(xiàn)象，且預(yù)應(yīng)力大的節(jié)點(diǎn)PCJ-2的捏攏程度要大于預(yù)應(yīng)力小的節(jié)點(diǎn)PCJ-1。

(4)預(yù)應(yīng)力使得裝配節(jié)點(diǎn)的恢復(fù)能力高于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，且預(yù)應(yīng)力大的節(jié)點(diǎn)PCJ-2的恢復(fù)能力要好于預(yù)應(yīng)力小的節(jié)點(diǎn)PCJ-1。

3.2骨架曲線

骨架曲線是每次循環(huán)加載達(dá)到的水平力最大峰值的軌跡，反映了構(gòu)件受力與變形的各個(gè)不同階段及特性。3個(gè)試件的骨架曲線對(duì)比如圖7所示。

圖7　骨架曲線

從圖7中可以得出：

(1)在低周反復(fù)荷載的作用下，現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)MCJ-1經(jīng)歷了彈性、屈服、強(qiáng)化和下降4個(gè)階段；裝配節(jié)點(diǎn)PCJ-1、PCJ-2經(jīng)歷了彈性、屈服和強(qiáng)化3個(gè)階段，直至試件位移角較達(dá)到1/30停止加載時(shí)，仍無下降段產(chǎn)生。

(2)3個(gè)試件在處于彈性變形階段時(shí)，剛度差別不大。當(dāng)試件發(fā)生塑性變形后，剛度開始變小。其中現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)剛度下降最多，并隨著加載的繼續(xù)，承載力開始逐漸下降；預(yù)應(yīng)力裝配節(jié)點(diǎn)的剛度雖有下降，但下降程度較小，承載力也未明顯下降。

(3)預(yù)應(yīng)力裝配節(jié)點(diǎn)的承載力要明顯大于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)；在裝配節(jié)點(diǎn)中，預(yù)應(yīng)力大的節(jié)點(diǎn)PCJ-2的承載力要大于預(yù)應(yīng)力小的節(jié)點(diǎn)PCJ-1。

3.3剛度退化曲線

試驗(yàn)加載過程中，由于裂縫的發(fā)展，混凝土的損傷破壞，造成了試件剛度的退化。依據(jù)JGJ101-96《建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程》[4]的規(guī)定，采用割線剛度研究試件的剛度退化。3個(gè)試件剛度退化曲線的對(duì)比如圖8所示。

圖8　剛度退化曲線

根據(jù)圖8可以得出：

(1)由于預(yù)應(yīng)力裝配節(jié)點(diǎn)梁柱接縫處附加的阻尼器和預(yù)應(yīng)力鋼絞線的約束作用，預(yù)應(yīng)力裝配節(jié)點(diǎn)的剛度退化速度要慢于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)。

(2)預(yù)應(yīng)力大的節(jié)點(diǎn)PCJ-2的整體剛度要大于預(yù)應(yīng)力小的節(jié)點(diǎn)PCJ-1，但2個(gè)預(yù)應(yīng)力裝配節(jié)點(diǎn)的剛度退化速度相差不大。

4結(jié)論

(1)現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)的整體耗能能力要優(yōu)于裝配節(jié)點(diǎn)。裝配節(jié)點(diǎn)的預(yù)應(yīng)力差別較小時(shí)，對(duì)節(jié)點(diǎn)耗能能力影響不大。

(2)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的約束使得裝配節(jié)點(diǎn)的滯回曲線有明顯的捏攏現(xiàn)象，且預(yù)應(yīng)力越大，捏攏現(xiàn)象越明顯，這表明預(yù)應(yīng)力使節(jié)點(diǎn)具有很強(qiáng)的變形恢復(fù)能力。

(3)預(yù)應(yīng)力裝配式節(jié)點(diǎn)的承載力要強(qiáng)于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，且提高預(yù)應(yīng)力可以提高節(jié)點(diǎn)承載力。

(4)預(yù)應(yīng)力裝配節(jié)點(diǎn)的剛度退化速度要慢于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，且提高預(yù)應(yīng)力可以提高節(jié)點(diǎn)剛度，減緩節(jié)點(diǎn)的剛度退化速度。

[1]董挺峰,李振寶,周錫元,等.無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式框架內(nèi)節(jié)點(diǎn)抗震性能研究[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,32(02):144-148.

[2]韓建強(qiáng),李振寶,宋佳,等. 預(yù)應(yīng)力裝配式框架結(jié)構(gòu)抗震性能試驗(yàn)研究和有限元分析[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2010,31(S1):311-314.

[3]邱法維,錢稼茹,陳志朋.結(jié)構(gòu)抗震試驗(yàn)方法[M].北京:科學(xué)出版社,2000.

[4]JGJ101-96 建筑抗震試驗(yàn)方法規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.

[5]柳炳康,張瑜中,晉哲鋒,等. 預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架接合部抗震性能試驗(yàn)研究[J]. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2005,26(02):60-65.

Anti-seismic Property of Assembling Frame Midside Nodes with Additional Dampers under Different Prestress Force

PEI Ya-hui1, HAN Jian-qiang1,2, WANG Yin-hui1

(1.College of Civil and Architectural Engineering,North China University of Science and Technology,Tangshan Hebei 063009, China;2.Earthquake Engineering Research Center of Hebei Province,Tangshan Hebei 063009,China)

different prestress force;assembly type;frame structure;midside node;damper;seismic performance

Through the low cyclic loading tests on prestress assembling frame midside nodes with additional dampers under different prestress force and the cast-in-situ reinforced concrete frame midside node, it was studied that anti-seismic property indexes such as cracks development, failure, hysteretic curves, skeleton curves, stiffness degradation curves that the prestress assembling frame midside nodes with additional dampers under different prestress force and the cast-in-place reinforced concrete structure node. The results show that the prestress assembling frame nodes with additional dampers possess good anti-seismic performance and good application prospect in seismic fortification zone. The seismic behavior of the joints can be improved to a certain extent by enhancing the compressive prestress.

2095-2716(2015)04-0102-06

TU378.4

A