劉陽，劉遠良，黃樂鵬

（1重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶 400015；2重慶大學 土木學院，重慶 400045）

0 引言

目前國內(nèi)現(xiàn)行的建筑抗火規(guī)范并沒有對混凝土結(jié)構(gòu)進行詳細說明[1]。而對于采用干式連接的裝配式混凝土建筑而言，在由濕連接向干式連接發(fā)展過程中，除了對其抗震性能的研究以外，對其受火后由于材性劣化導(dǎo)致抗震性能的降低也很有研究的必要[2]。

吳波、馬忠誠、歐進萍[3]在試驗結(jié)果基礎(chǔ)上，提出了鋼筋混凝土梁、柱受火后的彎矩-曲率計算方法，為結(jié)構(gòu)受火后抗震加固修復(fù)提供理論依據(jù)。三年后，三位學者[4]通過模擬得到：高溫后四種抗震性能研判指標均出現(xiàn)明顯下降，隨著溫度升高，構(gòu)件的破壞形式由延性向脆性轉(zhuǎn)變。Kodur[5]通過軸壓試驗，發(fā)現(xiàn)高溫后混凝土柱失去水分易大塊剝落，變形增大。Han L.H.[6]的試驗表明節(jié)點梁柱互相提供約束和支撐，兩者均在對方達到極限承載力后依舊繼續(xù)承載，在節(jié)點失穩(wěn)時二者均發(fā)生破壞。通過前人大量研究表明，在火災(zāi)作用后，即使結(jié)構(gòu)構(gòu)件溫度恢復(fù)至常溫[7]，結(jié)構(gòu)的力學性能也會隨火災(zāi)的嚴重程度發(fā)生永久性損傷。因此，應(yīng)在結(jié)構(gòu)構(gòu)件火災(zāi)后進行性能評估，這樣才能保障建筑結(jié)構(gòu)的安全[8]。

在此基礎(chǔ)上，本文利用Abaqus對節(jié)點進行低周往復(fù)位移加載，通過分析節(jié)點滯回耗能、極限荷載、延性，研究受火時長、軸壓比對節(jié)點火災(zāi)后抗震性能的影響。

1 有限元模型的建立

1.1 基本建模信息

本文采用Abaqus有限元分析軟件建立裝配式節(jié)點溫度場分析模型，采用《建筑抗震試驗方法規(guī)程》（JGJ 101—2015）[9]中建議的加載方式。加載方式及加載幅值如圖1、圖2和圖3所示。

圖1 試驗節(jié)點內(nèi)部升溫30min的溫度云圖

圖2 加載方式示意圖

圖3 加載幅值

1.2 模型分析參數(shù)變量

低周往復(fù)加載分析模型具體節(jié)點參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1 低周往復(fù)加載分析模型概況表

1.3 高溫后模型溫度場設(shè)定

本文研究過程中根據(jù)預(yù)設(shè)受火時間，將節(jié)點以標準升溫曲線對環(huán)境升溫至指定時間后再通過標準降溫曲線降至常溫，并持續(xù)10h，確保節(jié)點內(nèi)所有區(qū)域均已達到受火升降溫過程溫度峰值。

2 裝配式節(jié)點受火后滯回性能參數(shù)分析

本小節(jié)通過提取六個節(jié)點P-Δ滯回曲線、骨架曲線、延性、耗能、剛度退化等參數(shù)，分析對比軸壓比和受火時長對裝配式節(jié)點受火后滯回性能的影響。

2.1 P-Δ滯回曲線

裝配式節(jié)點受火前后的滯回環(huán)為梭型，滯回環(huán)較為飽滿。在加載初期，各個節(jié)點均處于彈性變形狀態(tài)，位移荷載基本為直線上升，各節(jié)點前期滯回曲線差別不大。隨著受火時長、軸壓比分別增加，節(jié)點的滯回曲線如圖4、圖5所示。

圖4 受火時長對裝配式節(jié)點受火后滯回曲線的影響

圖5 軸壓比對裝配式節(jié)點受火后滯回曲線的影響

從P-Δ滯回曲線可知：

（1）對于裝配式節(jié)點，未受火構(gòu)件的滯回曲線相對更加飽滿，滯回曲線上升段更高，可以看出，火災(zāi)使裝配式構(gòu)件的抗震性能產(chǎn)生了劣化；

（2）在受火時間相同時，軸壓比較大的節(jié)點滯回曲線比軸壓比較小的節(jié)點滯回曲線更加飽滿，這與節(jié)點未受火時滯回曲線-軸壓比變化規(guī)律相同；

（3）在軸壓比相同時，受火時間較短的節(jié)點滯回環(huán)較受火時間較長的節(jié)點滯回曲線更加飽滿，隨著受火時間增加，火災(zāi)對節(jié)點造成的永久性破壞加劇。

2.2 骨架曲線

加載初期，各節(jié)點處于彈性變形狀態(tài)，受火前后節(jié)點骨架曲線基本重合。進入屈服階段后，由于混凝土及鋼材材性劣化，受火后的骨架曲線斜率較未受火節(jié)點放緩，達到峰值后，下降速度也均高于未受火節(jié)點，如圖6、圖7所示。

圖6 受火時長對裝配式節(jié)點受火后骨架曲線影響

圖7 軸壓比對裝配式節(jié)點受火后骨架曲線影響

從骨架曲線可以看出：

（1）在受火時間相同的情況下，軸壓比較大的節(jié)點骨架曲線在塑性階段略高于軸壓比較小的節(jié)點，這種差距幾乎無法從骨架曲線上看出，軸壓比增大帶來的骨架曲線升高隨著受火時間的增長逐漸消失；

（2）相比于未受火情況，裝配式節(jié)點在受火1h左右骨架曲線峰值下降24%，一個半小時下降42%，節(jié)點火災(zāi)后抗震性能的下降隨火災(zāi)的持續(xù)時間呈加速趨勢。

2.3 延性

對裝配式節(jié)點而言，在火災(zāi)影響下的延性系數(shù)下降了38.5%。

從表2可以看出：

表2 受火時長和軸壓比對裝配式節(jié)點位移延性系數(shù)影響

（1）在相同受火時間下，裝配式節(jié)點正反向加載的延性系數(shù)都隨軸壓比的增大而增大，不同軸壓比節(jié)點間的延性系數(shù)差距隨著受火時間的增長而下降；

（2）在軸壓比相同的情況下，對比不同受火時長的裝配式節(jié)點，隨著受火時長的增長，正反向加載的屈服位移、屈服荷載、極限位移、極限荷載均隨受火時長的增長而減少；

（3）在軸壓比相同的情況下，節(jié)點的延性系數(shù)在升溫60min時延性系數(shù)顯著降低，但隨著升溫時間的增長，又出現(xiàn)一定回升，其原因是在升溫60min左右，由于混凝土受熱材性劣化，導(dǎo)致較常溫下節(jié)點延性系數(shù)大幅下降，但隨著混凝土核心區(qū)溫度升高，鋼筋與混凝土直接的粘結(jié)性能遭到較大破壞，試件破壞位移明顯增大。

2.4 耗能

對于裝配式節(jié)點，在加載初期，由于各節(jié)點均處于彈性受力狀態(tài)，節(jié)點耗能較小，各節(jié)點差異不大，隨著加載幅度增大，節(jié)點耗能逐漸增大，如圖8、圖9所示。

圖8 軸壓比對裝配式節(jié)點受火后耗能的影響

圖9 受火時長對裝配式節(jié)點受火后耗能的影響

從耗能曲線可以看出：

（1）受火時長的長短，所有節(jié)點在加載過程中的耗能均隨著加載周期的增大而增大；

（2）軸壓比相同的情況，初期的前兩個滯回周期里，受火時間較長的節(jié)點耗能大于受火時間較短的節(jié)點，但隨著加載繼續(xù)，最終受火時間短的節(jié)點耗能大于受火時間長的節(jié)點；

（3）受火時間相同的情況下，在加載的初期，節(jié)點的耗能能力在不同軸壓比下無明顯區(qū)別，隨著加載的繼續(xù)，節(jié)點的耗能能力體現(xiàn)為軸壓比較高的節(jié)點耗能能力大于軸壓比較小的節(jié)點，這一規(guī)律在未受火和不同受火時長下的裝配式節(jié)點均有體現(xiàn)。

3 結(jié)論

本文利用Abaqus有限元分析軟件對六個裝配式節(jié)點進行低周往復(fù)梁端加載試驗的有限元模擬分析，主要得出如下結(jié)論：

（1）滯回曲線分析可以得到：對于裝配式節(jié)點，未受火構(gòu)件的滯回曲線相對飽滿，滯回曲線上升段更高，可以看出，火災(zāi)使裝配式構(gòu)件的抗震性能產(chǎn)生了劣化。

（2）骨架曲線分析可以得到：進入屈服階段后，受火后的骨架曲線斜率較未受火節(jié)點放緩，達到峰值后，下降速度也均高于未受火節(jié)點。在加載初期各節(jié)點彈性階段骨架曲線基本重合，在彈塑性階段，受火時間較短的節(jié)點上升高于受火時間較長的節(jié)點；在經(jīng)歷峰值后的下降段，受火時間短的節(jié)點下降較慢。

（3）延性分析可以得到：所有節(jié)點受火后延性都出現(xiàn)明顯下降。在相同受火時間下，裝配式節(jié)點的正反向加載的延性系數(shù)都隨軸壓比的增大而增大，不同軸壓比節(jié)點間的延性系數(shù)差距隨著受火時間的增長而下降。

（4）耗能分析可以得到：在滯回加載初期，受火時間較長的節(jié)點耗能大于受火時間短的節(jié)點，隨著加載的繼續(xù)，受火時間較長的節(jié)點耗能增長小于受火時間短的節(jié)點，最終受火時間短的節(jié)點耗能大于受火時間長的節(jié)點。