尹大钊， 裴亚晖， 刘洋， 韩建强,2

(1.华北理工大学 建筑工程学院，河北 唐山 063009；2.河北省地震工程研究中心，河北 唐山 063009)



不同预应力下附加角钢的装配边节点抗震性能

尹大钊1， 裴亚晖1， 刘洋1， 韩建强1,2

(1.华北理工大学 建筑工程学院，河北 唐山 063009；2.河北省地震工程研究中心，河北 唐山 063009)

不同预应力；装配式；框架结构；角钢；边节点；抗震性能

本试验通过对2个不同预应力下附加角钢的预应力装配式混凝土框架结构边节点和现浇钢筋混凝土框架结构边节点进行了水平低周反复荷载下的试验，研究了不同预压应力对附加角钢的预应力装配框架边节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线等抗震性能的影响。结果表明：附加角钢的预应力装配框架边节点具有良好的抗震性能，提高预压应力在一定程度上可以提高节点的抗震性能。

装配式混凝土结构是先在预制厂生产预制构件，将梁、板、柱等预制构件运到工地后进行装配，从而形成整体结构[1]。它可以提高构件的标准化和工厂化程度，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[2]。随着我国建筑工业化进程的不断推进，装配式结构已经成为我国建筑结构发展的重要方向之一[3-4]。但是，近几十年来全球地震活动频繁，地震中框架结构发生不同程度的破坏甚至倒塌现象屡有发生，给人类带来了深重灾难，装配式结构的抗震性能在应用过程中被工程界广泛关注。本文通过对附加角钢的预应力装配框架节点在低周反复荷载下的加载试验，研究了不同预压力对其抗震性能的影响。

1框架节点抗震理论分析

1.1框架节点在地震中受力分析

梁柱节点是钢筋混凝土框架结构在地震中的重要受力部位，节点的破坏会使整个结构严重受损甚至倒塌。由于节点的上、下柱和左、右梁的弯矩值在节点附近最大，故节点处的纵筋承受着很大的拉力，容易引起节点处锚固的失效从而使节点的承载力降低；此外，梁柱节点还受到水平方向剪力和竖直方向剪力的共同作用，所受的剪力的大小远大于其他构件，从而使得节点核芯区在地震作用下容易发生脆性的剪切破坏，而这些在设计中是应该避免的。

1.2附加角钢的预应力装配节点的受力分析

本试验所设计的附加角钢的预应力装配式框架节点，通过预应力钢绞线把预制梁柱装配到一起，并通过在梁柱连接处附加角钢来提梁端的抗剪强度及节点的转动刚度和耗能能力。由于梁柱间除钢绞线外并没有贯通的纵筋，并且附加的角钢可以提供附加的转动刚度，从而不会出现锚固失效的问题；由于预应力钢绞线的预压作用使得节点处于双向受压状态，从而提高了节点的抗剪强度和开裂荷载。通过上述分析可以得出：相对于现浇框架节点，附加角钢的预应力装配式框架节点在地震中的破坏更趋于发生梁端受弯破坏这种延性破坏的方式，发生锚固破坏和核芯区剪切破坏的概率较小，而这2种破坏都是脆性的，这样的设计符合抗震设计中延性的要求。

2试验设计

2.1试件设计和制作

本次试验共制作了3个梁柱节点模型，其中包括1个浇边节点MCJ-1，2个张拉控制应力分别为0.2fptk和0.3fptk的附加角钢的预应力装配式框架边节点PCJ-1和PCJ-2。预应力装配式节点由预制梁和预制柱装配而成，预制构件拼装完成后，在梁柱预留孔中穿钢绞线，然后用高强灌浆料灌注梁柱接缝，接缝宽度约为10 mm。养护灌缝灌浆料达到设计强度75%以后张拉钢绞线并进行锚固，最后在节点处安装角钢。试件混凝土强度等级为C40，梁柱纵筋和箍筋均采用HRB400热轧钢筋。装配框架节点中的预应力钢筋为Φ15.2的钢绞线，锚具采用矿用锚索。节点的详细尺寸和参数如图1和图2所示，角钢详细构造如图3所示。

图1　试件MCJ-1尺寸及配筋

图2　试件PCJ-1、PCJ-2尺寸及配筋

图3　角钢

2.2加载方案与测量内容

加载方案：试验在柱顶采用荷载-位移混合控制的方法[5]施加水平低周反复荷载，即先进行荷载控制，当试件屈服后采用位移控制。加载装置和加载方案如图4所示。

试验测量的主要内容包括：钢筋应变、节点裂缝和变形及柱上端位移等。

(a)　加载装置

(b)　加载方案

3试件破坏现象与机制

从试件MCJ-1的破坏特征可看出，加载初期，试件无明显变化，当试件进入塑性阶段后，梁端出现少量裂缝，随着荷载的增加，梁柱连接处的裂缝逐渐发展成交叉裂缝，同时框架柱也出现少量的裂缝。最后，整个节点梁两端的混凝土被压碎，节点以丧失继续承载能力而宣告破坏，试验结束。符合抗震设计的"强柱弱梁"原则。

从试件PCJ-1、PCJ-2的破坏特征可看出，加载初期，试件无明显变化，当试件进入塑性阶段后，梁端出现少量裂缝，裂缝较现浇框架少，主要集中在梁柱连接部位，变形也较小，其中试件PCJ-2的裂缝和变形比PCJ-1较小。最后， 整个节点以梁两端的混凝土被压碎而宣告破坏，试验结束。整体的破坏符合抗震设计的“强柱弱梁”原则。

4试验结果与分析

4.1滞回曲线

3个梁柱节点试件的P-Δ滞回曲线见图5，其中P为柱上端施加的水平力，Δ为柱上端的水平位移。

(a)　MCJ-1

(b)　PCJ-1

(c)　PCJ-2

从图5可以看出：

(1)试件PCJ-1、PCJ-2的滞回曲线均不如试件MCJ-1的滞回环丰满，这说明2个装配节点整体耗能能力均不如现浇节点。

(2)试件PCJ-1、PCJ-2的滞回曲线面积在位移较小时差别不大，在大位移情况下，试件PCJ-2的滞回环面积要大于试件PCJ-1的滞回环面积，这说明提高预应力可以提高装配节点在大位移情况下的耗能能力。

(3)由于预应力的约束作用，与现浇节点相比装配节点的滞回环有明显的捏拢现象。

4.2骨架曲线

3个试件的骨架曲线对比如如图6所示。

图6　骨架曲线

从图6中可以看出：(1)在低周反复荷载作用下，现浇节点经历了弹性、屈服、强化和下降4个阶段，而2个装配节点只经历了弹性、屈服和强化3个阶段，并没有明显的下降段。

(2)开始加载时，试件PCJ-2的刚度较大，其它两个试件(PCJ-1，MCJ-1)的刚度相差不大。当试件屈服之后，刚度开始变小，其中现浇节点刚度下降最多，并随着加载的继续，承载力开始逐渐下降；预应力装配节点的刚度虽有下降，但下载较慢，且下降之后的刚度要大于现浇节点的刚度；试件PCJ-2整体刚度要大于试件PCJ-1。这说明，这说明提高预应力在一定程度上可以提高装配节点的整体刚度。

(3)从承载力上看，2个装配节点的承载力要明显大于现浇节点；在装配节点中，试件PCJ-2的平均承载力要大于试件PCJ-1。这说明，这说明提高预应力可以提高装配节点的承载力。

5结论

(1)提高预应力可以提高装配节点在大位移情况下的耗能能力，但就整体耗能能力而言，现浇节点要优于装配节点。

(2)由于预应力钢绞线的作用，使得装配结构的滞回曲线有明显的捏拢现象，这表明预应力钢绞线的存在使节点具有很强的变形恢复能力。

(3)预应力装配式节点的承载力要强于现浇节点，提高预应力可以提高装配节点的承载力。

[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,1998: 1-2.

[2]董荣书,屈克达,高莺燕.预压装配式预应力混凝土结构的研究与应用[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2012,14(3):25-27.

[3]梁培新,郭正兴. 新型装配式不对称混合连接节点试验研究[J]. 施工技术,2010,39(3):63-65.

[4]韩建强,李振宝,宋佳等.预应力装配式框架结构试验研究与分析[J]. 四川建筑科学研究,2010,36(3):130-133.

[5]邱法维,钱稼茹,陈志朋.结构抗震试验方法[M].北京:科学出版社,2000.

Anti-seismic Property of Assembling Frame Edge Nodes with Additional Angle Steels under Different Prestressing Force

YIN Da-zhao1,PEI Ya-hui1,LIU Yang1,HAN Jian-qiang1,2

(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;assembling;frame structure;angle steel;edge node;seismic performance

Through the low cyclic loading tests on prestress assembling frame edge nodes with additional angle steels under different prestress force and the cast-in-situ reinforced concrete frame edge node, it was studied that anti-seismic property indexes such as cracks, failure, hysteretic curves, skeleton curves that the prestress assembling frame edge nodes with additional angle steels under different prestress force and the cast-in-place reinforced concrete structure node. The results show that the prestress assembling frame edge nodes with additional angle steels possess good anti-seismic performance, enhancing the compressive pre stress to a certain extent, can improve the seismic behavior of the nodes.

2095-2716(2015)04-0096-06

TU378.4

A