韓建強(qiáng)　裴亞暉　徐國(guó)強(qiáng),2　張曉杰　楊珊珊

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

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附加阻尼器的預(yù)應(yīng)力裝配式節(jié)點(diǎn)抗震性能試驗(yàn)研究

韓建強(qiáng)1,2,*裴亞暉1徐國(guó)強(qiáng)1,2張曉杰1楊珊珊1

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

摘要通過(guò)對(duì)附加阻尼器的預(yù)應(yīng)力裝配式框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)和現(xiàn)澆框架節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)荷載試驗(yàn),研究了鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)和附加阻尼器的預(yù)應(yīng)力裝配式框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的裂縫分布、破壞形態(tài)、滯回曲線(xiàn)及位移延性等抗震性能。試驗(yàn)結(jié)果表明:附加阻尼器的預(yù)應(yīng)力裝配式框架結(jié)構(gòu)抗震性能良好,在抗震設(shè)防地區(qū)具有良好的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞預(yù)應(yīng)力, 裝配式, 框架結(jié)構(gòu), 阻尼器, 抗震性能

Experimental Study on Seismic Performance of Assembled PrestressedConcrete Structure Beam-column Joints with Dampers

HAN Jianqiang1,2,*PEI Yahui1XU Guoqiang1,2ZHANG Xiaojie1YANG Shanshan1

(1.North China University of Science and Technology,Tangshan 063009,China;

2.Earthquake Engineering Research Center of Hebei Province,Tangshan 063009,China)

AbstractThrough the experiment under low cyclic loading of cast-in-situ reinforced concrete frame beam-column joints and damped beam-column joints of prestressed concrete frame structures, the seismic performance including crack distribution, failure pattern, hysteresis curve, and the displacement ductility are analyzed. The results showed that: assembled prestressed concrete frame structure with damped beam-column joints have good seismic performance, and have wide application prospect in earthquake area.

Keywordsprestressed, assembled, frame structure, damper, seismic performance

1引言

預(yù)應(yīng)力裝配式框架結(jié)構(gòu)體系可以提高構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化和工廠化程度,大大節(jié)省模板支撐體系,同時(shí)還可以縮短工期,是一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)體系,符合我國(guó)建筑工業(yè)化進(jìn)程的要求,是我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展的重要方向之一[1-3]。但是,預(yù)制裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震耗能能力較差,在地震設(shè)防地區(qū)的應(yīng)用受到限制。從歷次地震中的結(jié)構(gòu)破壞情況來(lái)看,預(yù)制框架的震害多集中在梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)[4]。節(jié)點(diǎn)關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性,是結(jié)構(gòu)破壞的核心部位,其抗震性能還有待進(jìn)一步研究[5]。本文通過(guò)對(duì)兩個(gè)預(yù)應(yīng)力裝配式框架結(jié)構(gòu)試件和兩個(gè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)試件的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)對(duì)比,研究現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)、附加阻尼器的預(yù)應(yīng)力裝配式框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的裂縫分布、破壞形態(tài)、滯回曲線(xiàn)及位移延性等抗震性能。

2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1　試件設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)共制作了兩組共4個(gè)足尺梁柱節(jié)點(diǎn)模型,按強(qiáng)柱弱梁的原則設(shè)計(jì),現(xiàn)澆中節(jié)點(diǎn)RCJ-1(圖1)和邊節(jié)點(diǎn)RCJ-2(圖2)各一個(gè),附加阻尼器(圖3)的預(yù)應(yīng)力裝配式框架中節(jié)點(diǎn)PCJ-1(圖4)和邊節(jié)點(diǎn)PCJ-2(圖5)各一個(gè)。預(yù)應(yīng)力裝配式框架節(jié)點(diǎn)由預(yù)制梁(圖6)和預(yù)制柱(圖7)裝配而成。四個(gè)試件的梁截面尺寸均為200 mm×400 mm,柱截面尺寸為400 mm×400 mm?；炷翉?qiáng)度等級(jí)為C40,混凝土力學(xué)性能參數(shù)見(jiàn)表1。梁柱縱筋和箍筋均采用HRB400熱軋鋼筋,梁柱均為對(duì)稱(chēng)配筋,鋼筋的實(shí)測(cè)力學(xué)性能參數(shù)見(jiàn)表2。摩擦阻尼器的力學(xué)性能參數(shù)見(jiàn)表3。在梁端及柱子節(jié)點(diǎn)核心區(qū)布置鋼筋應(yīng)變片,裝配構(gòu)件中的鋼絞線(xiàn)通過(guò)端部的力傳感器采集裝配和加載過(guò)程中荷載變化數(shù)據(jù)。

圖1　試件RCJ-1尺寸及配筋(單位:mm)Fig.1　Dimension and reinforcement layout ofspecimen RCJ-1 (Unit:mm)

圖2　試件RCJ-2尺寸及配筋(單位:mm)Fig.2　Dimension and reinforcement layout ofspecimen RCJ-2(Unit:mm)

圖3　阻尼器Fig.3　Damper

圖4　裝配試件PCJ-1Fig.4　Assembly of specimen PCJ-1

圖5　裝配試件PCJ-2Fig.5　Assembly of specimen PCJ-2

圖6　預(yù)制梁(單位:mm)Fig.6　Precast beam(Unit:mm)

表1混凝土力學(xué)性能參數(shù)

Table 1　Concrete mechanical parameters　MPa

圖7　預(yù)制柱(單位:mm)Fig.7　Precast column(Unit:mm)

表2鋼筋力學(xué)性能參數(shù)

Table 2　Steel mechanical parameters

表3摩擦阻尼器的力學(xué)性能參數(shù)

Table 3　Mechanical properties ofthe friction damper

2.2　加載裝置

本試驗(yàn)在一個(gè)門(mén)式反力鋼架下進(jìn)行,柱端通過(guò)固定于反力墻上的MTS電液伺服作用器施加水平低周反復(fù)荷載,柱子底部固定于帶轉(zhuǎn)動(dòng)鉸支座的柱帽內(nèi),梁端上下安裝兩個(gè)可以水平滾動(dòng)的滾輪,在柱端水平力作用下梁端可以左右移動(dòng),不能上下移動(dòng)。柱頂施加可以水平移動(dòng)的豎向軸力,通過(guò)門(mén)式反力鋼架由安放在柱頂?shù)那Ы镯斒┘虞S壓力,軸壓比為0.2。加載裝置及測(cè)點(diǎn)布置見(jiàn)圖8。

2.3　測(cè)量?jī)?nèi)容及測(cè)點(diǎn)布置

在試件節(jié)點(diǎn)核心區(qū)柱子四角的四個(gè)縱筋各布置三個(gè)縱向應(yīng)變片,用于測(cè)量縱筋的應(yīng)變;試件節(jié)點(diǎn)核心區(qū)柱子的三個(gè)箍筋各布置兩個(gè)箍筋應(yīng)變片,用于測(cè)量箍筋應(yīng)變。在梁柱節(jié)點(diǎn)處的梁端四角縱筋各布置一個(gè)縱向應(yīng)變片,用于測(cè)量梁縱筋應(yīng)變;在梁柱節(jié)點(diǎn)處的梁端一個(gè)箍筋布置兩個(gè)應(yīng)變片,用于測(cè)量梁端剪力。

圖8　加載裝置Fig.8　Loading device

2.4　加載程序

本試驗(yàn)采用荷載-位移混合控制的加載方法[6]。達(dá)到屈服荷載前,力與變形的關(guān)系基本是線(xiàn)性的,而且變形增量增大不多,采用荷載控制加載;當(dāng)節(jié)點(diǎn)屈服以后,力的增量變小,而變形的增量很大,采用位移控制加載。按屈服位移的倍數(shù)即 1△y、2△y、3△y 分級(jí),每級(jí)加載循環(huán)反復(fù)二次。直到加載值下降到峰值的85%,認(rèn)為節(jié)點(diǎn)破壞,試驗(yàn)結(jié)束。每級(jí)荷載循環(huán)保持相同時(shí)間間隔。

3試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1　滯回曲線(xiàn)

滯回曲線(xiàn)是在反復(fù)作用下結(jié)構(gòu)的荷載-變形曲線(xiàn)。它反映結(jié)構(gòu)在反復(fù)受力過(guò)程中的變形特征、剛度退化及能量消耗等抗震性能。中節(jié)點(diǎn)試件的柱端荷載-位移滯回曲線(xiàn)見(jiàn)圖9,邊節(jié)點(diǎn)試件的柱端荷載-位移滯回曲線(xiàn)見(jiàn)圖10。

從圖可以看出:兩組試件的滯回曲線(xiàn)形狀、大小以及變化過(guò)程均非常相似。早期兩組試件的滯回曲線(xiàn)均呈梭形,滯回環(huán)包含的面積很小,接近直線(xiàn)形,殘余變形很小。試件開(kāi)裂后滯回環(huán)所包含的面積逐漸變大,且滯回環(huán)逐漸偏離原來(lái)的直線(xiàn)形開(kāi)始呈現(xiàn)曲線(xiàn)形,呈現(xiàn)出一定的捏攏效應(yīng)。從整體上看兩組試件的滯回曲線(xiàn)都比較豐滿(mǎn),具有良好的耗能能力。

圖9　中節(jié)點(diǎn)荷載-位移滯回曲線(xiàn)Fig.9　Load displacement hysteretic curves ofcenter connections

圖10　邊節(jié)點(diǎn)荷載-位移滯回曲線(xiàn)Fig.10　Load displacement hystereticcurves of back edge connections

初期試件PCJ-1和PCJ-2與試件RCJ-1和RCJ-2相比,捏攏效應(yīng)比較明顯,變形恢復(fù)能力也較高,而滯回環(huán)的飽滿(mǎn)程度稍差。而試件RCJ-1和RCJ-2在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)破壞后則捏攏效應(yīng)十分明顯,滯回環(huán)的飽滿(mǎn)程度及耗能能力顯著下降。

3.2　骨架曲線(xiàn)

兩組試件在水平低周反復(fù)荷載作用下的骨架曲線(xiàn)大致相同,都經(jīng)歷了彈性、屈服、強(qiáng)化和下降4個(gè)階段。兩組試件開(kāi)裂前骨架曲線(xiàn)均呈直線(xiàn),且?guī)缀踔睾?試件變形為彈性變形。中節(jié)點(diǎn)試件的骨架曲線(xiàn)見(jiàn)圖11,邊節(jié)點(diǎn)試件的骨架曲線(xiàn)見(jiàn)圖12。

試件開(kāi)裂后,骨架曲線(xiàn)的曲率變小,向位移軸偏移,位移增長(zhǎng)的速度加快,荷載增長(zhǎng)的速度減慢。與試件PCJ-1和PCJ-2相比,試件RCJ-1和RCJ-2的極限承載力較大,破壞時(shí)的位移也較大。試件RCJ-1和RCJ-2的延性?xún)?yōu)于試件PCJ-1和試件PCJ-2。

3.3　剛度退化

兩組試件的剛度退化隨著位移的增加呈增大趨勢(shì),正向加載和反向加載時(shí)剛度退化速度基本相同。試件RCJ-1和RCJ-2的初始剛度均大于試件PCJ-1和試件PCJ-2,荷載較小時(shí)剛度退化速度也大于試件PCJ-1和試件PCJ-2。中節(jié)點(diǎn)試件的剛度退化曲線(xiàn)見(jiàn)圖13,邊節(jié)點(diǎn)試件的剛度退化曲線(xiàn)見(jiàn)圖14。

圖11　中節(jié)點(diǎn)骨架曲線(xiàn)Fig.11　Skeleton curve of center connections

圖12　邊節(jié)點(diǎn)骨架曲線(xiàn)Fig.12　Skeleton curve of edge connections

3.4　位移延性

現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)試件根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集的縱筋應(yīng)變,確定構(gòu)件屈服荷載及變形,因裝配構(gòu)件連接處為鋼絞線(xiàn)和阻尼器,構(gòu)件破壞時(shí)均處在彈性階段,按照極限荷載的80%對(duì)應(yīng)的變形假定為屈服變形。整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)后,得出兩組試件的位移延性系數(shù)見(jiàn)表4。

除了消息認(rèn)證性和完整性外，簽名還能提供不可否認(rèn)性服務(wù)，即當(dāng)簽名人抵賴(lài)所簽署過(guò)的消息時(shí)，簽名σ可以提交給第三方仲裁機(jī)構(gòu)來(lái)判定。除了上述3個(gè)多項(xiàng)式時(shí)間算法外，數(shù)字簽名方案還需要滿(mǎn)足一定的正確性要求：簽名人所簽署過(guò)的消息簽名對(duì)必須以壓倒性概率通過(guò)驗(yàn)證算法。

圖14　邊節(jié)點(diǎn)剛度退化曲線(xiàn)Fig.14　Stiffness degradation curve of edge connections

從表中可以看出,兩組試件的位移延性系數(shù)大致相當(dāng)。試件PCJ-1和試件PCJ-2的延性略好于試件RCJ-1和RCJ-2。

4結(jié)論

(1) 在低周反復(fù)荷載作用下,兩組試件的破壞主要集中在梁柱連接面部位。試件RCJ-1和RCJ-2節(jié)點(diǎn)核心區(qū)輕微破壞,試件PCJ-1和試件PCJ-2節(jié)點(diǎn)核心區(qū)完好。兩組試件均屬于典型的梁端塑性鉸破壞,與“強(qiáng)柱弱梁”的抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)一致。

表4試件的位移延性系數(shù)

Table 4　Displacement ductility factor of specimens

(2) 在加載過(guò)程中,試件PCJ-1和試件PCJ-2梁柱接觸面均沒(méi)有明顯的剪切滑移,卸載后阻尼器安裝桿有輕微變形。說(shuō)明附加阻尼器的預(yù)應(yīng)力裝配節(jié)點(diǎn)均有足夠的抵抗梁端剪力的能力。

(3) 兩組試件的滯回曲線(xiàn)均比較飽滿(mǎn),具有良好的耗能能力。相比之下,現(xiàn)澆框架節(jié)點(diǎn)的耗能能力略好于裝配框架節(jié)點(diǎn)。

(4) 由于預(yù)應(yīng)力鋼絞線(xiàn)的預(yù)壓作用,明顯提高了預(yù)應(yīng)力裝配式框架結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂荷載,且卸載后預(yù)應(yīng)力裝配式框架結(jié)構(gòu)的變形基本可以恢復(fù),殘余變形明顯小于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu),說(shuō)明預(yù)應(yīng)力裝配式構(gòu)件具有良好的變形回復(fù)能力。

(5) 從延性系數(shù)上看,預(yù)應(yīng)力裝配式框架結(jié)構(gòu)的延性較好于現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)。

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基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(51208171);河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(13273809);河北省高等學(xué)?？茖W(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(ZD2014021)

收稿日期：2014-10-31

*聯(lián)系作者， Email:tshjq@139.com