部分預應(yīng)力混凝土扁梁框架節(jié)點的擬靜力試驗研究.doc

部分預應(yīng)力混凝土扁梁框架節(jié)點的擬靜力試驗研究房貞政 ,李斌 ,鄭則群( 福州大學結(jié)構(gòu)工程研究所 ,福建 福州 350002)摘要 :本文進行了四個部分預應(yīng)力混凝土扁梁框架節(jié)點的擬靜力試驗研究 。通過四個不同試件的試驗研究分析了節(jié)點的變形能力 、耗能能力 、延性和剛度退化等抗震性能 ,同時分析了低周反復荷載作 用下預應(yīng)力混凝土框架節(jié)點的破壞機理 。關(guān)鍵詞 :預應(yīng)力混凝土扁梁 ;框架節(jié)點 ;擬靜力試驗 ;抗震性能中圖分類號 : P315. 97文獻標識碼 :AQua si2static experimental study on fra me joints with partiallyprestressed concrete flat bea mFANG Zhen2zheng ,L I Bin ,ZHENG Ze2qun( Institute of Structural Engineering ,Fuzhou University ,Fuzhou 350002 ,China)Abstract :Four beam2column joints with partially prestressed concrete flat beam are tested under reversed cyclic lateralloading in this paper . The aseismatic behaviors of beam2column joints such as transform capacity , energy dissipating ca2 pacity , ductility and stiffness deterioration etc . are studied. Based on the results of the four2joint tests ,the failure mecha2 nism of the beam2column joints of frame under reversed cyclic load is analysed.Key words :prestressed concrete flat beam ;frame joints ; quasi2static experiment ;aseismatic behaviors預應(yīng)力混凝土扁梁框架結(jié)構(gòu)由于可以有效地降低建筑高度 ,近年來得到很廣泛的應(yīng)用 。當這種結(jié)構(gòu)可以使用無粘結(jié)預應(yīng)力技術(shù)時 ,則其施工更為簡便 ,經(jīng)濟效益也更好1 。本文針對這種扁梁框架結(jié)構(gòu)節(jié)點的抗 震性能進行了擬靜力試驗研究 ,以探討預應(yīng)力混凝土扁梁框架結(jié)構(gòu)的抗震性能 。本文的框架節(jié)點模型擬靜 力試驗 ,選擇有代表性的內(nèi) 、外框架節(jié)點 ,并以扁梁結(jié)構(gòu)的特點 ,以相同預應(yīng)力度下預應(yīng)力筋分別設(shè)置在內(nèi)核心區(qū)與外核心區(qū)和不同軸壓比等參數(shù)進行比較 。節(jié)點模型的預應(yīng)力施加采用無粘結(jié)預應(yīng)力方法 。1 節(jié)點模型的設(shè)計1. 1節(jié)點模型設(shè)計原則本試驗著重研究扁梁框架內(nèi)節(jié)點與邊柱節(jié)點的抗震性能 ,為使節(jié)點模型擬靜力試驗?zāi)芊瞎こ虒嶋H ,并 能達到試驗的目的 ,框架節(jié)點模型設(shè)計的原則為 :強柱弱梁 ,確保柱正截面受彎承載力之和大于梁所承擔的正截面受彎承載力之和 ,即 Mc = 1. 2 M b ,保證塑性鉸首先出現(xiàn)在扁梁 ; 強剪弱彎 ,梁 、柱抗剪承載力收稿日期 :20032 06230 ;修訂日期 :20032 07230大于構(gòu)件彎曲時實際達到的剪力值 ,避免過早產(chǎn)生剪切破壞 ;選取合適的預應(yīng)力度 ( = 0 . 65) , 限制扁梁截面在破壞時的受壓區(qū)高度不大于 0 . 25 hb ?？蚣芄?jié)點的梁柱長度均按受力反彎點確定 ?？蚣芄?jié)點的邊界條件與加載模式采用在柱端施加水平反復 荷載或位移 ,此時梁可在水平方向移動但垂直方向受到約束 ,產(chǎn)生剪力和彎矩 。這種邊界條件比較符合框架 節(jié)點的實際受力狀態(tài) 。1. 2節(jié)點模型尺寸與配筋本文試驗的四個預應(yīng)力混凝土扁梁框架節(jié)點是以實際工程常見的節(jié)點尺寸約以 1/ 3 的比例縮形 ,其中 , 兩個為內(nèi)節(jié)點 (UPPCJ - 1 和 UPPCJ - 2) ,另外兩個為邊柱節(jié)點 (UPPCJ - 3 和 UPPCJ - 4) 。各試件間區(qū)別考慮 的因素主要是在相同預應(yīng)力度下 ,預應(yīng)力筋分別布置在內(nèi)核心區(qū)和外核心區(qū)對節(jié)點抗剪承載力的影響 ,并且 比較內(nèi)節(jié)點和邊柱節(jié)點的抗震性能 。各節(jié)點試件的尺寸和配筋如圖 1 與圖 2 所示 。節(jié)點混凝土設(shè)計強度為C40 。預應(yīng)力筋采用 75 無粘結(jié)筋 ,一端張拉 。張拉控制應(yīng)力為con = 0 . 4fptk = 0 . 4 1860 = 744MPa 。圖 1 內(nèi)節(jié)點試件尺寸及配筋圖1. 3節(jié)點模型材料的力學性能節(jié)點模型采用的混凝土與鋼筋的材性指標的實測值列于表 1 。表 1混凝土和鋼筋材性指標的實測值鋼筋混凝土A s/ mm2f y/ MPaf u/ MPaEs/ 105MPaf cu/ MPaf c/ MPaf t/ MPaEc/ 104MPa規(guī)格 6強 屈 比Pu/ Py1 . 451 . 141. 09反映耗能的指標可用等效粘滯阻尼系數(shù)和功比指數(shù)3 ,4,本文采用功比指數(shù)評價無粘結(jié)預應(yīng)力混凝土n Pi iPIw =yyi = 1式中 : n 、i 分別表示某一荷載級別下的循環(huán)次數(shù)和循環(huán)序數(shù) ;Pi 、i 分別表示第 i 循環(huán)的荷載和位移 。 三個節(jié)點試件在各級控制位移作用下的功比指數(shù)如圖 11 所示 。顯然 ,內(nèi)節(jié)點 UPPCJ - 1 與 UPPCJ - 2 的耗能能力優(yōu)于邊柱節(jié)點 UPPCJ- 4 。這說明雖然從滯回曲線的飽滿程度上看 ,UPPCJ - 4 最飽滿 ,但由 于邊柱節(jié)點的最大荷載和破壞荷載小于內(nèi)節(jié)點 ,當采用考慮承載力因 素的功比指數(shù)來評價構(gòu)件的耗能能力時 ,同樣參數(shù)的中節(jié)點要比邊節(jié) 點的功比指數(shù)性能優(yōu)越 。而對于中節(jié)點 UPPCJ - 1 與 UPPCJ - 2 ,由于施 加的軸壓比不同 ,因此其功比指數(shù)也表現(xiàn)得不同 ,軸壓比大的節(jié)點其功比指數(shù)要更優(yōu)越些 。試驗還說明軸壓比不同而其他參數(shù)相同的節(jié)點在圖 11 功比指數(shù)隨加載歷程的變化圖說明 : 位移系數(shù)為負表示作動器反向施加 控制位移時對應(yīng)的延性參數(shù) 。水平力作用下 ,其開裂荷載基本相同 ,但軸壓比大的節(jié)點其最大荷載與破壞荷載要大得多 。4. 3節(jié)點核心區(qū)鋼筋受力情況在四個節(jié)點模型的擬靜力試驗過程中 ,無粘結(jié)預應(yīng)力筋受力的公共點是在扁梁框架節(jié)點試件達到屈服 荷載前 ,無粘結(jié)預應(yīng)力筋的預應(yīng)力增量值都很小 。當試件屈服以后 ,無粘結(jié)預應(yīng)力筋的應(yīng)力增量才有非線性 的增長 ,但直至節(jié)點破壞預應(yīng)力筋均未達到屈服強度 。在試驗過程中 ,各扁梁框架節(jié)點試件的內(nèi)核心區(qū)水平 箍筋應(yīng)變始終未超過 1000,即均未屈服 。這表現(xiàn)了預應(yīng)力對節(jié)點抗剪承載力的有利作用 。對于普通的鋼 筋混凝土框架節(jié)點 ,由于梁寬小于柱寬 ,柱縱筋對梁縱筋起約束作用 。因此 ,大多數(shù)國家的工程實踐沒有設(shè) 置豎向箍筋 。本文這批的扁梁節(jié)點在外核心區(qū)也沒有配置水平箍筋和豎向箍筋 。在試驗中則出現(xiàn)了的外核 心區(qū)扁梁縱筋外鼓情況 ,這說明在扁梁框架節(jié)點處有必要設(shè)置豎向箍筋 ,以避免外核心區(qū)扁梁縱筋在受壓的 情況下產(chǎn)生屈曲 。由于本次試驗的節(jié)點模型在外核心區(qū)沒有配置水平箍筋和豎向箍筋 ,因此 ,預應(yīng)力筋布置在柱截面內(nèi)與柱截面外的受力區(qū)別不明顯 。5 結(jié)論本文的試驗探討了無粘結(jié)預應(yīng)力混凝土扁梁框架典型的中節(jié)點與邊節(jié)點的擬靜力試驗研究 ,可以得到 以下幾個初步結(jié)論 :(1) 本文進行低周反復荷載作用下與實際工程相應(yīng)的扁梁框架中節(jié)點和邊節(jié)點模型試驗 ,其位移延性 系數(shù) (u/ y) 均達到 4 以上 ,即具有較好的延性 ,滿足延性抗震設(shè)計要求 。(2) 本試驗的型框架內(nèi)節(jié)點的破壞形態(tài)為外核芯區(qū)剪切破壞 ,而框架邊柱節(jié)點的破壞形態(tài)為扁梁梁端 彎剪破壞 。(3) 從節(jié)點試驗的滯回曲線與骨架曲線來看 :預應(yīng)力混凝土扁梁框架節(jié)點具有較好的耗能能力 ,且恢復 力較好 。與內(nèi)節(jié)點相比 ,邊柱節(jié)點的滯回曲線飽和 ,骨架曲線的下降段也比較平緩 ,延性較好 。但從功比系 數(shù)來看其強屈比要小 ,因此 ,預應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能不能僅從滯回曲線與骨架曲線來判斷 ,應(yīng)從多項 指標綜合考慮 。(4) 本次的扁梁框架節(jié)點試驗 ,由于在節(jié)點核心區(qū)外沒有設(shè)置箍筋 ,在試驗中出現(xiàn)外核心區(qū)內(nèi)的扁梁縱 筋壓彎鼓出現(xiàn)象 ,使得縱筋壓曲 ,可見在柱節(jié)點核心區(qū)外設(shè)置箍筋是重要的 ,建議在扁梁框架節(jié)點的設(shè)計應(yīng) 設(shè)置豎向箍筋 。(5) 從不同軸壓比的節(jié)點試驗可證實 :軸壓比增大能明顯提高其水平破壞承載力 ,這與國內(nèi)以往的節(jié)點 擬靜力試驗都有同樣的結(jié)果 ,本課題還將作進一步探討 。參考文獻 :1234房貞政. 無粘結(jié)與部分預應(yīng)力結(jié)構(gòu)M. 北京 :人民交通出版社 , 1999 .J GJ 101 - 96 建筑抗震試驗方法規(guī)程S.沈聚敏 ,周錫元 ,高小旺等. 抗震工程學M. 北京 :中國