郭向陽(yáng)

（內(nèi)蒙古電力勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010）

裝配式混凝土，簡(jiǎn)稱PC 結(jié)構(gòu)。PC 結(jié)構(gòu)跟現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相比，其框架更加節(jié)省施工時(shí)間，可以降低人工勞動(dòng)的強(qiáng)度，并且也能夠減少人工消耗方面的經(jīng)費(fèi)，比較方便現(xiàn)場(chǎng)的作業(yè)，可以有效加快工程的施工進(jìn)度，并且也有利于節(jié)能環(huán)保。簡(jiǎn)而言之，PC結(jié)構(gòu)屬于一種綠色環(huán)保的結(jié)構(gòu)。但是由于自然災(zāi)害使PC 結(jié)構(gòu)出現(xiàn)框架破損甚至倒塌的情況，比方說(shuō)唐山大地震以及土耳其大地震等等。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，PC 結(jié)構(gòu)框架之所以會(huì)出現(xiàn)破壞，或者是坍塌，主要是因?yàn)镻C 框架整體是比較牢固的，但是其節(jié)點(diǎn)部位是非常弱的，節(jié)點(diǎn)部位的支撐強(qiáng)度不夠造成PC 建筑坍塌的一個(gè)主要原因，為了能夠更好地提高PC 節(jié)點(diǎn)部位的抗震性能，CHEOK 等對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的研究，并且重點(diǎn)研究裝配式的節(jié)點(diǎn)以及現(xiàn)澆式的節(jié)點(diǎn)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)裝配式的節(jié)點(diǎn)有非常高的位移性，其預(yù)應(yīng)力筋有效提高裝配式節(jié)點(diǎn)的耗能能力。

1 試件設(shè)計(jì)與制作

李向民等[1]對(duì)節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)域的高延性進(jìn)行反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，通過(guò)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，裝配式的節(jié)點(diǎn)位移性要比現(xiàn)澆式的節(jié)點(diǎn)位移性更大。因此裝配式的變形能力會(huì)大大提高。楊俊芬等專家學(xué)者通過(guò)對(duì)h 型梁柱之間的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擬靜力實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)如果當(dāng)壓軸比在0.2~0.4 之間時(shí)，整個(gè)裝配式結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)的抗震性能是最好的，李俊杰等提出使用角鋼代替耗能元件使用在PC 節(jié)點(diǎn)當(dāng)中，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究可以發(fā)現(xiàn)，這種節(jié)點(diǎn)的耗能性是比較好的，并且變形也是比較小的。

我國(guó)的裝配式混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程當(dāng)中已經(jīng)明確了要求，首先要選取一個(gè)比較可靠的預(yù)制構(gòu)件鋼筋。然后使用預(yù)制構(gòu)件跟后澆混凝土二者相結(jié)合的施工辦法，通過(guò)合理的節(jié)點(diǎn)構(gòu)造措施，然后將裝配式的構(gòu)件變成一個(gè)整體性的構(gòu)建，這樣可以保證裝配式的結(jié)構(gòu)跟現(xiàn)澆混凝土的結(jié)構(gòu)有更加相同的整體性以及承載力，裝配式的結(jié)構(gòu)在經(jīng)過(guò)改造之后跟現(xiàn)澆混凝土能夠達(dá)到一樣的效果。在相關(guān)規(guī)定當(dāng)中就已經(jīng)有所說(shuō)明。在兩處節(jié)點(diǎn)上使用套管連接。然后在柱底使用灌漿處理辦法?？梢允褂弥本€錨固或者是機(jī)械錨固，這種辦法完成梁柱節(jié)點(diǎn)的斷開(kāi)，梁柱的直線錨固跟彎折錨固都存在一定的問(wèn)題，都會(huì)導(dǎo)致其變得更加的密集，而機(jī)械錨固會(huì)使我們能夠工作的面積變得更小，所以在施工時(shí)可能會(huì)有一定的負(fù)擔(dān)，并且還會(huì)影響工程的質(zhì)量。在力的反復(fù)作用之下，其接縫位置可能會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂的情況，導(dǎo)致整個(gè)梁柱變得難以修復(fù)。PC 結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)在受力的時(shí)候具有很強(qiáng)的復(fù)雜性，并且其節(jié)點(diǎn)區(qū)域的施工難度比較大，很難保證質(zhì)量以及在震后是否能夠修復(fù)。依據(jù)上述問(wèn)題的提出，在本文當(dāng)中主要介紹新型的PC 節(jié)點(diǎn)連接方式，這種方式可以提前對(duì)這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行預(yù)制，在連接時(shí)用的是套管灌漿。利用這樣的方式，在框架當(dāng)中，本來(lái)薄弱的一些區(qū)域就會(huì)被轉(zhuǎn)移到整個(gè)框架的中間部位。本文提出來(lái)的PC 結(jié)構(gòu)如圖1 所示，在圖1 中，畫(huà)有虛線的部分表示提前預(yù)置的節(jié)點(diǎn)，黑色的部分表示的就是它們疊合的地方。

梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域是在預(yù)制廠內(nèi)進(jìn)行提前預(yù)制跟保養(yǎng)的，因此，其節(jié)點(diǎn)區(qū)域的抗震性會(huì)比現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)更加優(yōu)越一些。但是節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)的薄弱區(qū)域就在于柱和柱連接的部分。因此，我們需要研究PC 柱的抗震性能。

本文的研究對(duì)象是兩層結(jié)構(gòu)的首層中柱。為了能夠采取對(duì)照實(shí)驗(yàn)，獲得更加明確的數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)了一個(gè)軸壓比是0.4 的PC 柱和一個(gè)作為對(duì)比性構(gòu)建的現(xiàn)澆混凝土柱，柱的截面尺寸是400mm×400mm，高為3000mm，底座的尺寸是600mm×600mm×600mm?；炷恋膹?qiáng)度是C30?？v向受力的鋼筋為八根，直徑為20mm。鋼筋的保護(hù)層厚度為25mm。

圖1 預(yù)制節(jié)點(diǎn)及疊全面

疊合的位置事先設(shè)置了兩個(gè)深度為30mm，寬度為100mm的鍵槽。在澆筑前30min 的時(shí)候，在疊合的位置刷圖一層粗糙劑。PC 柱在進(jìn)行澆筑24h 之后再拆膜，然后使用高壓水槍對(duì)制造出來(lái)的粗糙面進(jìn)行沖刷。在完成套筒灌漿工藝的時(shí)候，需要在套筒的一側(cè)注漿。一直到另外一側(cè)溢出為止。為了避免我們?cè)谧{的時(shí)候漿液里面出現(xiàn)氣泡，導(dǎo)致注漿不夠密實(shí)，因此我們?cè)谧{30min 之后需要對(duì)凹陷的套筒進(jìn)行第二次的注漿處理，預(yù)制柱的澆筑在28d 之后再對(duì)疊合的部位進(jìn)行澆筑。

2 實(shí)驗(yàn)概況

在本次實(shí)驗(yàn)當(dāng)中采用擬靜力加載。為了消除水平位移會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的各種影響，因此我們?cè)诘撞坎贾靡粋€(gè)傳感器。首先要把測(cè)試件固定好，然后在測(cè)試件的兩端都設(shè)置一個(gè)止推裝置。利用千斤頂向測(cè)試件增加一個(gè)豎向的壓力。然后將軸壓跟豎向壓力保持恒定，在這個(gè)時(shí)候在柱頂跟千斤頂之間放一個(gè)壓力傳感器，增強(qiáng)反復(fù)荷載力，位移的加載每一級(jí)為6mm，除了第一級(jí)是加載一次以外，其他每一級(jí)都是兩次，一直到最大承載值下降到85%就代表整個(gè)構(gòu)件失效了。

3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

依據(jù)實(shí)驗(yàn)我們可以發(fā)現(xiàn)，PC 柱跟現(xiàn)澆柱的受力基本上是一樣的，這兩個(gè)柱子在受力的時(shí)候都是分為四個(gè)階段。第一個(gè)階段是開(kāi)裂階段，現(xiàn)澆柱的開(kāi)裂值是30kN，PC 柱的開(kāi)裂值是33kN，在剛開(kāi)裂的時(shí)候，PC 柱跟現(xiàn)澆筑的開(kāi)裂縫都呈現(xiàn)一個(gè)水平彎曲的狀態(tài)。伴隨著位移的不斷擴(kuò)大，其裂縫都是從柱底開(kāi)始不斷的向外延伸，然后慢慢的向著柱高方向發(fā)展。第二階段是屈服階段。位移值增加到8mm 的時(shí)候，PC 柱跟現(xiàn)澆筑的鋼筋都出現(xiàn)了屈服的情況，而且裂紋開(kāi)始不斷擴(kuò)大。第三階段是峰值階段，由于我們一直都在不斷地循環(huán)力的作用，導(dǎo)致裂縫的深度跟寬度都在增加，而且兩個(gè)柱子的側(cè)面都出現(xiàn)了裂縫交叉的情況。但是沒(méi)有再次出現(xiàn)其他新的裂縫?，F(xiàn)澆柱的荷載峰值為90kN，PC 柱的荷載峰值為97kN，第四階段為破壞階段。無(wú)論是現(xiàn)澆柱還是PC 柱，其底部的混凝土都出現(xiàn)了不同程度的掉落，有一部分甚至出現(xiàn)箍筋的外露。在試件的承受能力下降到85%的時(shí)候，工作人員停止了實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)實(shí)驗(yàn)柱的破壞都屬于彎曲破壞。

4 試驗(yàn)結(jié)果及其分析

4.1 滯回曲線

通過(guò)對(duì)比二者的水平荷載跟位移結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)PC 柱跟現(xiàn)澆柱的滯回曲線的發(fā)展趨勢(shì)以及走向基本上是相同的。在初期，二者的滯回都處于彈性的狀態(tài)，后來(lái)伴隨著水平位移不斷的擴(kuò)大，滯回的面積也開(kāi)始不斷增大。在后期，混凝土受到了來(lái)自實(shí)驗(yàn)當(dāng)中的力的不斷累加，柱子的底部混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂的情況，并且承載力不斷退化。這時(shí)滯回的曲線屬于一個(gè)靠攏現(xiàn)象。最終整個(gè)滯回曲線是呈一個(gè)Z 型發(fā)展的。另外，PC 柱跟現(xiàn)澆柱的滯回曲線的飽滿程度基本上也是一致的，這就說(shuō)明二者都有比較一致的抗震性能。最后，兩個(gè)試件的滯回曲線都比較飽滿，這證明二者都有非常良好的抗震能力。

4.2 骨架曲線和延性

在計(jì)算屈服位移的時(shí)候可以使用等量法。而且在這兩個(gè)柱子的骨架曲線圖上，我們就可以通過(guò)觀測(cè)和計(jì)算得到相應(yīng)的屈服荷載力。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)峰值下降了85%的時(shí)候，這二者的荷載力都達(dá)到了極限荷載。極限荷載所對(duì)應(yīng)的變形，我們稱其為極限位移。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，PC 柱跟現(xiàn)澆柱的承載力大致是一樣的。PC 柱的屈服荷載要比現(xiàn)澆柱高出5.4%。峰值荷載要比現(xiàn)澆柱高出6.1%。這也就說(shuō)明我們所預(yù)置的節(jié)點(diǎn)并不會(huì)削弱整個(gè)框架的承載能力。

延性指的就是試件從屈服一直到破壞之間的這一個(gè)過(guò)程，指的是試件的變形能力。延性也是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)當(dāng)中非常重要的一個(gè)指標(biāo)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，我們可以知道PC 柱的延性指數(shù)要比現(xiàn)澆柱高出1.47 倍，而且PC 柱的極限位移也比現(xiàn)澆柱的更大。這說(shuō)明PC 柱跟現(xiàn)澆柱的延性性能基本上是比較相近的。

5 結(jié)論

（1）柱的中部的套管灌漿跟現(xiàn)澆柱的整體性能基本上是一致的。兩個(gè)試件的開(kāi)裂以及極限的荷載都是比較接近的，而且破壞模式都屬于彎曲破壞。兩個(gè)試件的破壞位置都在柱子的底部。

（2）PC 柱的極限承載力是109.39kN，現(xiàn)澆柱的是103.06kN。PC 柱的極限承載力要比現(xiàn)澆柱高出了6.2%。

（3）PC 柱跟現(xiàn)澆柱二者的滯回曲線是對(duì)稱的，并且飽滿度非常的相近，這代表兩個(gè)構(gòu)件都具有非常強(qiáng)的抗震能力。