裴亚晖， 韩建强,2，王印会

(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)



不同预应力下附加阻尼器的装配中节点抗震性能

裴亚晖1， 韩建强1,2，王印会1

(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；中节点；阻尼器；抗震性能

本文通过对不同预压应力下附加阻尼器的预应力装配式混凝土框架结构中节点试验研究和现浇钢筋混凝土框架结构中节点的低周反复荷载试验，研究了不同预应力下的附加阻尼器的预应力装配框架中节点和现浇框架中节点的裂缝发展、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线等抗震性能指标。试验表明：附加阻尼器的预应力装配框架节点具有良好的抗震性能，在抗震设防区有较好的应用前景，提高预压应力在一定程度上可以提高节点的抗震性能。

随着建筑工业化的推行，发展装配式混凝土结构已是我国实现建筑工业化的必经之路。在我国，由于以往装配式框架结构节点的整体刚度和可靠性均不如相同设计参数的现浇节点，所以要推广装配式结构的使用就需开发一种新的节点连接方式，并研究其抗震性能[1]。本文所研究的不同预应力下装配框架中节点的抗震性能属于装配框架结构抗震性能的研究范畴，我国在这方面的研究与发达国家相比还比较少[2]。为了促进我国装配式结构的发展，本文通过对3个框架中节点试件进行低周反复加载试验，对不同预应力下附加阻尼器的装配框架中节点的抗震性能进行了研究。

1试验设计

1.1试件设计和制作

本试验按照"强柱弱梁"的抗震设计原则，设计并制作了3个足尺寸梁柱节点模型。其中包括1个现浇中节点MCJ-1；2个附加阻尼器的装配中节点PCJ-1和PCJ-2，张拉控制应力分别为0.2fptk和0.3fptk。预应力装配节点由预制梁和预制柱装配而成，在预制梁柱达到养护条件后进行装配，并将钢绞线穿在预制梁柱的预留孔中，然后用高强灌浆料灌注梁柱接缝，当灌缝中的灌浆料达到设计强度的75%后，对预留孔中的钢绞线进行张拉锚固，最后进行阻尼器的装配。

试件的混凝土强度等级均为C40；梁柱纵筋和箍筋均采用HRB400热轧钢筋，梁的配筋率均为0.7%，柱的配筋率均为1.0%；装配框架中的预应力钢绞线采用Φ15.2的钢绞线。3个梁柱节点模型除连接构造型式和预应力不同外，其他设计参数均相同，如图1和图2所示。试验所用阻尼器为摩擦阻尼器，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　阻尼器

1.2加载方案与测量内容

加载方案：试验水平加载采用荷载-位移混合控制的加载方法[3]，在试件屈服之前采用荷载控制，试件屈服之后采用位移控制。每级加载进行反复2个循环，到水平承载力下降到极限承载力的85%或位移角加载到1/30结束加载。

试验测量的主要内容包括：节点裂缝、钢筋应变及柱上端水平位移等。

加载装置的详细构造如图4所示，加载方案如图5所示。

图4　加载装置

图5　加载方案

2试件破坏现象与机制

从节点MCJ-1的破坏过程及破坏特征上看：加载初期，由于施加水平荷载较小，节点处于弹性变形状态，没有明显现象；当节点进入塑性变形阶段后，梁端开始出现细微裂缝，并随着荷载的增加逐渐发展成交叉裂缝，同时节点核芯区也出现少量的裂缝。最后，整个节点以梁两端的混凝土被压碎，梁纵筋屈服，节点以丧失继续承载能力而宣告破坏，试验结束。破坏过程符合“强柱弱梁”原则。

从节点PCJ-1、PCJ-2的破坏过程及破坏特征上看：加载初期，与节点MCJ-1相同，均没有明显现象；当节点进入塑性变形阶段后，梁端开始出现细微裂缝，但与节点MCJ-1相比，预应力装配节点的开裂荷载较大，裂缝出现的较晚，这个现象在预应力较大的节点PCJ-2上更为明显。整个结构的残余变形较小，梁柱节点处的破坏主要集中在梁端，框架柱及节点核芯区并未出现裂缝。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。破坏过程符合“强柱弱梁”原则。

3试验结果与分析

3.1滞回曲线

滞回曲线是在反复荷载作用下结构的荷载-变形曲线，它反映结构在反复受力过程中的变形特征、刚度退化及能量消耗等抗震性能。3个梁柱节点试件的P-Δ滞回曲线如图6所示，其中P为柱上端的水平荷载，Δ为柱上端的水平位移。

(a)　MCJ-1

(b)　PCJ-1

(c)　PCJ-2

通过对3个中节点滞回曲线的对比可得出：

(1)预应力装配中节点的滞回曲线不如现浇中节点的丰满，但它们同样消耗了可观的能量，且滞回曲线的面积随着加载位移的增大而增大。

(2)不同预应力下的装配中节点的滞回曲线面积在加载位移较小时差别不大。

(3)由于预应力钢绞线的约束使装配节点的滞回环有明显的捏拢现象，且预应力大的节点PCJ-2的捏拢程度要大于预应力小的节点PCJ-1。

(4)预应力使得装配节点的恢复能力高于现浇节点，且预应力大的节点PCJ-2的恢复能力要好于预应力小的节点PCJ-1。

3.2骨架曲线

骨架曲线是每次循环加载达到的水平力最大峰值的轨迹，反映了构件受力与变形的各个不同阶段及特性。3个试件的骨架曲线对比如图7所示。

图7　骨架曲线

从图7中可以得出：

(1)在低周反复荷载的作用下，现浇节点MCJ-1经历了弹性、屈服、强化和下降4个阶段；装配节点PCJ-1、PCJ-2经历了弹性、屈服和强化3个阶段，直至试件位移角较达到1/30停止加载时，仍无下降段产生。

(2)3个试件在处于弹性变形阶段时，刚度差别不大。当试件发生塑性变形后，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，但下降程度较小，承载力也未明显下降。

(3)预应力装配节点的承载力要明显大于现浇节点；在装配节点中，预应力大的节点PCJ-2的承载力要大于预应力小的节点PCJ-1。

3.3刚度退化曲线

试验加载过程中，由于裂缝的发展，混凝土的损伤破坏，造成了试件刚度的退化。依据JGJ101-96《建筑抗震试验方法规程》[4]的规定，采用割线刚度研究试件的刚度退化。3个试件刚度退化曲线的对比如图8所示。

图8　刚度退化曲线

根据图8可以得出：

(1)由于预应力装配节点梁柱接缝处附加的阻尼器和预应力钢绞线的约束作用，预应力装配节点的刚度退化速度要慢于现浇节点。

(2)预应力大的节点PCJ-2的整体刚度要大于预应力小的节点PCJ-1，但2个预应力装配节点的刚度退化速度相差不大。

4结论

(1)现浇节点的整体耗能能力要优于装配节点。装配节点的预应力差别较小时，对节点耗能能力影响不大。

(2)预应力钢绞线的约束使得装配节点的滞回曲线有明显的捏拢现象，且预应力越大，捏拢现象越明显，这表明预应力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，且提高预应力可以提高节点承载力。

(4)预应力装配节点的刚度退化速度要慢于现浇节点，且提高预应力可以提高节点刚度，减缓节点的刚度退化速度。

[1]董挺峰,李振宝,周锡元,等.无黏结预应力装配式框架内节点抗震性能研究[J].北京工业大学学报,2006,32(02):144-148.

[2]韩建强,李振宝,宋佳,等. 预应力装配式框架结构抗震性能试验研究和有限元分析[J]. 建筑结构学报,2010,31(S1):311-314.

[3]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.

[4]JGJ101-96 建筑抗震试验方法规程[S].北京:中国建筑工业出版社,1997.

[5]柳炳康,张瑜中,晋哲锋,等. 预压装配式预应力混凝土框架接合部抗震性能试验研究[J]. 建筑结构学报,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