吴从晓等

摘要：为研究预制装配式混凝土框架结构连接节点的抗震性能，探讨其与现浇混凝土框架结构节点之间的性能差异，设计并制作了2组预制装配式混凝土框架节点试件和1组现浇混凝土框架节点试件，通过试验研究试件的滞回特性、承载能力、位移延性、强度退化和耗能能力等抗震性能及其破坏特征。结果表明：通过合理的设计，预制装配式混凝土框架节点的滞回耗能性能与现浇混凝土框架节点相当，其承载力和初始刚度基本等同于现浇混凝土结构节点，但其承载力退化速度快于现浇混凝土框架节点，屈服后预制构件累积损伤程度较现浇构件严重；预制装配式混凝土框架节点在轴压比较大时，节点破坏较为严重，耗能更多。

关键词：预制装配式混凝土框架；现浇混凝土框架；梁柱节点；试验研究；抗震性能

中图分类号：TU392.4文献标志码：A

0引言

预制装配式混凝土框架结构是指预制构件在专业的工厂或施工现场进行预制，养护至装吊强度后通过提升、装吊和连接等机械手段，把预制构件连接成为一个整体框架结构，具有组织统一高效、施工质量好、劳动强度低等特点，有利于保护环境和生产社会化的发展[1]。据汶川地震中预制装配式结构的震害调查[2]可知：装配整体式框架结构节点是其抗震中的薄弱环节，在地震中出现的最主要破坏形式是节点区混凝土压碎和钢筋屈曲。为此国外学者已经针对预应力节点、螺栓连接节点、焊接节点和后浇整体节点等不同类型的预制装配式节点进行了深入的研究[3-7]；同样，中国学者对预制装配式框架结构梁柱节点的研究表明，通过合理的设计，预制装配式混凝土梁柱节点具有较好的抗震性能[8-10]。

为研究预制装配整体式混凝土框架结构梁柱节点与现浇混凝土框架节点抗震性能的差异，设计预制框架节点和现浇框架节点模型，对其进行性能试验研究，研究试件的滞回曲线、承载能力、位移延性、强度退化和耗能能力等抗震性能。

1试验概况

1.1试件设计

试件模型取自混凝土框架结构边框处的L0/3梁长（L0为结构中梁长度）和上下层各H0/2高（H0为结构中柱长度）的反弯点位置，按实际框架1∶3缩尺比例设计，共3个，分别为预制节点YZ1、预制节点YZ2和现浇节点XJ，具体试件参数如表1所示。

1.2材性试验

现浇试件和预制试件的受力筋以及柱中部和梁端的预埋筋均采用HRB335级钢筋，箍筋采用HPB300级钢筋。本文试验预留的钢筋和混凝土试块的强度分别根据《金属材料室温拉伸试验方法》（GB/T 228—2002）和《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2002）实测得到，具体实测力学性能和混凝土实测强度分别如表2和表3所示。

1.3加载方案

试验加载装置如图2所示，试件通过梁端铰接拉杆、柱底刀铰装置、柱顶球铰、水平滑动装置及竖向和水平加载器等装置形成一个整体加载体系。试件柱底和梁右端为铰接，可承受剪力和传递轴压力；柱顶支座由铰接支座与水平滑动支座组合而成，既可释放柱顶弯矩，又可满足柱顶轴压力传递要求和水平位移加载要求；试件底部布置刀铰装置，实现柱反弯点弯矩为0的目标。在水平反复荷载作用下柱顶位移带动节点发生弯曲变形，真实模拟了实际框架中节点的变形能力。

根据试件设计轴压比要求分2级施加至设计轴压力，先对柱顶施加40%的竖向轴压力，反复2次后加至预定轴压力。然后采用50 t级MTS电液伺服加载器沿试件柱顶加载点中心线施加水平荷载。水平荷载采用力与位移混合控制加载方法，试验加载分2步进行：第1步先基于力加载，当构件屈服后，改为位移控制的加载。具体加载制度如图3所示。试件出现较明显的损伤破坏或承载力下降到85%极限荷载时试验终止。

1.4测量内容

本次试验采用静态数据采集仪TDS-530进行数据采集，可分为位移数据采集和应变数据采集。加载过程中，主要采集内容有：水平荷载、柱顶位移、刀铰滑移量、纵向钢筋应变、箍筋应变及混凝土应变等。

2试验现象和破坏特征

为便于描述试验现象，定义作动器向前推为正向，向后拉为负向。

2.1预制节点YZ1

试件YZ1在水平荷载达到12 kN时，梁端后浇区与柱连接处开裂，裂缝可闭合。当水平加载位移Δ=15 mm时，柱节点核心区出现第1条45°斜裂缝，同时其受力钢筋应变超过2×10-3，钢筋屈服。当Δ=20 mm时，柱节点核心区在原来斜裂缝基础上延伸出多条X形斜裂缝，无残余变形。此位移加载结束时梁后浇区处出现垂直微裂缝。随着加载位移的增大，梁端后浇区和柱节点核心区裂缝不断开展延伸，后者受损较为严重，其侧面的混凝土保护层剥落。当Δ=50 mm时，试件承载力下降至最大承载力的85 %且伴有明显塑性破坏区时，试验终止。在整个加载过程中，柱节点核心区受到梁端后浇区的挤压变形严重，剪切破坏现象明显，梁端后浇区裂缝则相对较少，最终破坏见图7。

2.2预制节点YZ2

试件YZ2柱顶施加220 kN的轴压力，由于柱轴压力的增大，形成套箍作用，柱节点核心区刚度增大，在较小的水平荷载作用下，处于弹性状态。本试件开裂位置亦位于梁端后浇区与柱连接处，开裂荷载为12 kN。不同于试件YZ1，试件YZ2随着荷载的增加，预制梁身出现多道垂直微裂缝，并有不断延伸之势，而柱节点核心区无新裂缝产生。当Δ=15 mm时，柱节点核心区受力筋应变达到1.8×10-3，钢筋屈服，混凝土表面有微小斜裂缝产生。此时梁端受力筋应变亦处于较高状态，达1.5×10-3。随着加载位移的增大，梁端后浇区和柱节点核心区裂缝不断开展，柱核心区X形斜裂缝最大宽度达1 mm，伴有少量混凝土表面压酥剥落。当Δ=40 mm时，试件承载力下降至最大承载力的85%且柱核心区有明显塑性破坏区，试验终止，最终破坏见图8。

3现浇节点XJ