黃 煒， 胡高興

(1. 西安建筑科技大學(xué) 土木工程學(xué)院，西安 710055；2. 安徽工程大學(xué) 建筑工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000)

11875年，William Henry Lascell最先提出了將預(yù)制混凝土墻板安裝到結(jié)構(gòu)承重骨架中的方案，并申請(qǐng)了專利“Improvement in the Construction of Buildings”，這被認(rèn)為是預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)體系的起源[1]。早期的混凝土預(yù)制構(gòu)件在結(jié)構(gòu)中主要起圍護(hù)、分隔建筑的作用，直到19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，預(yù)制混凝土先后傳到法國(guó)、德國(guó)、美國(guó)等國(guó)家。自此以后，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的研究與應(yīng)用便逐漸得到更廣泛的關(guān)注。目前，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、橋梁、隧道、水工結(jié)構(gòu)等工程領(lǐng)域，發(fā)揮著舉足輕重的作用[2-4]。

目前針對(duì)裝配式RC(reinforced concrete)結(jié)構(gòu)的研究主要集中在梁柱節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的抗震性能，這是因?yàn)楣?jié)點(diǎn)作為結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要組成部分，對(duì)結(jié)構(gòu)的整體抗震性能具有顯著影響。但是，節(jié)點(diǎn)的抗震性能并不等同于結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，研究裝配式結(jié)構(gòu)的整體抗震性能對(duì)于評(píng)估結(jié)構(gòu)的地震安全性及制定相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范具有不可或缺的重要作用。因此，預(yù)制裝配式RC框架結(jié)構(gòu)的整體抗震性能也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行大量的理論研究和試驗(yàn)驗(yàn)證，為其在工程中的應(yīng)用提供理論參考。

在試驗(yàn)研究方面，李春雨等[5]對(duì)一個(gè)二層二跨的可更換耗能連接的裝配式混凝土框架進(jìn)行擬靜力加載測(cè)試以評(píng)估其抗震性能。結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)的損傷破壞僅出現(xiàn)在指定耗能部位，預(yù)制梁柱構(gòu)件均能保持在彈性范圍內(nèi)，同時(shí)該結(jié)構(gòu)具有較好的變形能力和耗能能力。Negro等[6]設(shè)計(jì)了一個(gè)三層足尺的裝配式結(jié)構(gòu)并對(duì)其進(jìn)行了擬動(dòng)力加載測(cè)試，研究多種不同的梁柱機(jī)械連接形式以及有無(wú)剪力墻條件下預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)的破壞模式和地震響應(yīng)。呂西林等[7]對(duì)一個(gè)單層、單跨、三榀、采用橡膠墊螺栓連接梁柱節(jié)點(diǎn)的裝配式預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)1/2縮尺模型進(jìn)行擬動(dòng)力試驗(yàn)，研究了該結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞模式、變形、滯回行為、耗能能力、承載力、剛度等抗震性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，此類裝配式預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，采用橡膠墊螺栓連接的梁柱節(jié)點(diǎn)在試驗(yàn)中工作狀態(tài)良好，而采用焊接連接的板梁節(jié)點(diǎn)在試驗(yàn)中破壞嚴(yán)重，建議在今后工程設(shè)計(jì)中此類結(jié)構(gòu)的板梁連接節(jié)點(diǎn)應(yīng)加強(qiáng)或采用柔性連接。李正良等[8]對(duì)一個(gè)裝配式方鋼管混凝土柱-RC梁組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。研究表明該結(jié)構(gòu)體系表現(xiàn)出“強(qiáng)柱-弱梁”及“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)-弱構(gòu)件”的理想失效路徑，混凝土梁的破壞位于梁端負(fù)彎矩區(qū)，可保證節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域的完整性。呂西林等[9]為研究自復(fù)位RC框架結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，設(shè)計(jì)一個(gè)比例為1/2的兩層自復(fù)位RC框架結(jié)構(gòu)，通過(guò)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了試驗(yàn)中模型結(jié)構(gòu)在各級(jí)水準(zhǔn)地震作用下的動(dòng)力特性、加速度反應(yīng)、位移反應(yīng)和節(jié)點(diǎn)局部反應(yīng)。試驗(yàn)研究表明，自復(fù)位RC框架結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能和自復(fù)位能力，結(jié)構(gòu)在大震作用下有較好的延性和變形能力，震后基本無(wú)殘余變形。柳炳康等[10]對(duì)一榀二跨二層預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土框架進(jìn)行擬動(dòng)力和擬靜力試驗(yàn)，研究預(yù)應(yīng)力混凝土裝配式框架的破壞機(jī)制、變形、耗能、強(qiáng)度等性能。結(jié)果表明，框架梁端率先出現(xiàn)塑性鉸，符合強(qiáng)柱弱梁破壞模式；框架梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剛度有所增強(qiáng)，節(jié)點(diǎn)區(qū)域未見(jiàn)細(xì)微裂縫，處于彈性工作狀態(tài)，滿足“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”設(shè)計(jì)要求；同時(shí)，框架整體抗側(cè)剛度有所提高，具有很好的抗倒塌能力。此外，柳炳康等[11]還對(duì)一榀三層預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行擬靜力測(cè)試試驗(yàn)，研究該結(jié)構(gòu)的破壞模式、強(qiáng)度、剛度、變形與滯回行為等抗震性能。結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)梁端最先出現(xiàn)塑性鉸，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)具有較好的變形恢復(fù)能力。在理論及數(shù)值分析方面，姜邵飛等[12]提出不規(guī)則裝配式框剪結(jié)構(gòu)的地震損傷評(píng)估指標(biāo)，并通過(guò)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)和數(shù)值模擬分析驗(yàn)證了其有效性，結(jié)果表明在大震作用下該結(jié)構(gòu)破損嚴(yán)重。Magliulo等[13]以意大利兩棟現(xiàn)存典型的裝配式工業(yè)廠房(建于1950年和1970年)為例通過(guò)靜力和動(dòng)力時(shí)程分析的方法評(píng)估其抗震性能，結(jié)果表明，當(dāng)結(jié)構(gòu)在中等強(qiáng)度地震時(shí)，結(jié)構(gòu)柱底轉(zhuǎn)動(dòng)變形較大，結(jié)構(gòu)存在較高的倒塌風(fēng)險(xiǎn)。Clementi等[14]利用不同的數(shù)值模型研究梁柱節(jié)點(diǎn)采用插銷鉸接的裝配式框架結(jié)構(gòu)在靜力荷載和地震作用下的抗震性能。Babic等[15]考慮非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響建立12個(gè)裝配式工業(yè)建筑的數(shù)值模型，并分析得到結(jié)構(gòu)的地震易損性曲線，可用于評(píng)估意大利現(xiàn)有的預(yù)制建筑的地震風(fēng)險(xiǎn)和地震損失。結(jié)果表明，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)地震損傷的可能性最大，其次是帶有砌體填充物和垂直面板的預(yù)制建筑。

綜上所述可知，當(dāng)各類裝配式結(jié)構(gòu)采用不同的連接方式時(shí)，其對(duì)應(yīng)的裝配式結(jié)構(gòu)的整體抗震性能以及破壞模式均不盡相同。鑒于此，本課題組提出一種新型可修復(fù)的裝配式梁柱連接節(jié)點(diǎn)，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了其可行性和有效性。在此基礎(chǔ)上，利用SeismoStruct軟件建立裝配式RC框架結(jié)構(gòu)的數(shù)值分析模型，然后通過(guò)輸入地震動(dòng)記錄進(jìn)行非線性動(dòng)力時(shí)程分析研究了此類裝配式結(jié)構(gòu)的抗震性能。

1 可修復(fù)裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)

1.1 裝配式節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

該裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)主要由多縫耗能裝置、預(yù)埋連接板、耳板和鉸軸等部件組裝而成。其中，預(yù)埋連接板分別預(yù)埋在預(yù)制梁的端部和預(yù)制柱的節(jié)點(diǎn)區(qū)域。該連接板是由一個(gè)H型鋼、一個(gè)端板、加勁肋和耳板依次焊接而成的。

在進(jìn)行梁柱節(jié)點(diǎn)裝配時(shí)，首先通過(guò)一個(gè)鉸軸將預(yù)埋在梁、柱構(gòu)件中的連接板連接起來(lái)形成鉸接，然后在耳板的兩外側(cè)安裝可更換多縫耗能裝置，并通過(guò)高強(qiáng)螺栓將其固定在連接板上，最終完成節(jié)點(diǎn)裝配，如圖1所示。

圖1 裝配式RC梁柱邊節(jié)點(diǎn)Fig.1 Precast RC beam-column side joint

1.2 試件設(shè)計(jì)

為驗(yàn)證該梁柱節(jié)點(diǎn)的有效性，首先按照中國(guó)抗震規(guī)范要求設(shè)計(jì)一個(gè)足尺比例的現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)試件作為對(duì)比分析，然后，設(shè)計(jì)一個(gè)相同截面尺寸和配筋的裝配式邊節(jié)點(diǎn)試件，如圖2所示。

圖2 裝配式RC梁柱邊節(jié)點(diǎn)構(gòu)造及配筋 (mm)Fig.2 Geometric and reinforcement arrangement of precast RC beam column side joint (mm)

根據(jù)裝配式節(jié)點(diǎn)最大承載力和初始剛度與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)相匹配的原則，通過(guò)多次試算最終確定了多縫耗能裝置的幾何構(gòu)造，如圖3所示。

圖3 多縫耗能裝置幾何構(gòu)造及尺寸(mm)Fig.3 Geometric and size of multi-slit energy dissipation device (mm)

1.3 試件破壞結(jié)果

將預(yù)制混凝土柱水平放置，并在柱兩端施加鉸接約束。然后在垂直于預(yù)制梁軸線的自由端水平向施加低周往復(fù)荷載。最終，得到現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)和裝配式節(jié)點(diǎn)的裂縫分布及破壞結(jié)果如圖4所示。

圖4 試件裂縫分布及最終破壞結(jié)果Fig.4 Crack distribution and ultimate failure result

當(dāng)現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)的水平加載位移轉(zhuǎn)角達(dá)到0.25%時(shí)，靠近節(jié)點(diǎn)區(qū)的梁端開(kāi)始出現(xiàn)微小的彎曲裂縫。隨著加載位移逐漸增大，裂縫逐漸擴(kuò)展至整個(gè)梁長(zhǎng)度范圍內(nèi)。當(dāng)位移轉(zhuǎn)角增加到3.50%時(shí)，梁端混凝土出現(xiàn)局部壓碎并有少量剝落。最后，當(dāng)加載位移轉(zhuǎn)角增加到4.50%時(shí)，混凝土柱基本仍無(wú)明顯裂縫，但在靠近節(jié)點(diǎn)區(qū)的梁端混凝土已被完全壓碎，大量混凝土剝落，縱向鋼筋外露，且梁端出現(xiàn)了明顯的平面外扭轉(zhuǎn)變形(見(jiàn)圖4(a))。

當(dāng)加載位移轉(zhuǎn)角達(dá)到1.50%時(shí)，靠近預(yù)制混凝土梁跨中位置首先出現(xiàn)了微小可見(jiàn)的水平裂縫(見(jiàn)圖4(b))。隨著加載位移不斷增大，混凝土梁上的微裂縫長(zhǎng)度略有延長(zhǎng)，這主要是因?yàn)轭A(yù)制混凝土梁中預(yù)埋有H型鋼，有效抑制了混凝土梁裂縫的開(kāi)展。當(dāng)加載位移轉(zhuǎn)角增加到4.00%時(shí)，多縫耗能裝置的一側(cè)鋼帶發(fā)生顯著的平面內(nèi)彎曲變形，且其中一根鋼帶的根部出現(xiàn)了開(kāi)裂。當(dāng)加載位移轉(zhuǎn)角進(jìn)一步增大到5.50%時(shí)，鋼帶相繼出現(xiàn)了明顯的平面外屈曲變形，且部分鋼帶被直接拉斷，導(dǎo)致試件承載力顯著下降。

試驗(yàn)結(jié)果表明，相比于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，該裝配式節(jié)點(diǎn)的破壞主要集中在多縫耗能裝置上，混凝土梁僅有少量細(xì)小裂縫，構(gòu)件損傷程度相對(duì)較輕。

1.4 荷載-位移滯回曲線

現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)和裝配式節(jié)點(diǎn)在循環(huán)位移加載作用下的力-位移曲線，如圖5所示。由圖5可知，相比于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，裝配式節(jié)點(diǎn)的滯回曲線形狀更為飽滿，且無(wú)任何捏縮、滑移現(xiàn)象，表明該裝配式節(jié)點(diǎn)具有更強(qiáng)的耗能能力。當(dāng)多縫耗能裝置進(jìn)入塑性變形階段，在循環(huán)荷載作用下表現(xiàn)出顯著的應(yīng)變硬化效應(yīng)，因此，節(jié)點(diǎn)承載力隨位移增加而逐漸增大。在加載后期，試件由于鋼帶陸續(xù)斷裂導(dǎo)致其承載力逐漸下降?？傮w來(lái)看，該裝配式節(jié)點(diǎn)在承載力、最大變形和耗能能力等方面均顯著優(yōu)于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)。

圖5 試件力-位移曲線Fig.5 Force-displacement curve of specimens

2 裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化數(shù)值模型

為提高建模及計(jì)算效率，同時(shí)便于工程分析設(shè)計(jì)，本節(jié)利用SeismoStruct軟件建立裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)的簡(jiǎn)化數(shù)值模型，并通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證其準(zhǔn)確性。該簡(jiǎn)化模型可為后續(xù)研究裝配式RC框架整體結(jié)構(gòu)的抗震性能奠定基礎(chǔ)。

利用非線性分析軟件SeismoStruct建立裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)的纖維桿系模型，如圖6所示。

圖6 裝配式節(jié)點(diǎn)數(shù)值模型Fig.6 Numerical analysis model of the precast joint

由圖6可知，預(yù)制混凝土梁、柱構(gòu)件均為基于位移的非線性框架單元[16-17]，并采用一個(gè)彈性面域單元來(lái)模擬梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的力學(xué)行為。此外，采用一個(gè)零長(zhǎng)度的非線性連接單元來(lái)模擬連接部位的力學(xué)性能。該連接單元采用三折線非線性恢復(fù)力模型[18-20]來(lái)描述多縫耗能裝置的力學(xué)性能，模型骨架曲線中各特征點(diǎn)的參數(shù)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果來(lái)確定。

裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)簡(jiǎn)化數(shù)值模型計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，如圖7所示。由圖7可知，數(shù)值模擬計(jì)算得到的滯回曲線較為飽滿，且各級(jí)加載與卸載曲線剛度均與試驗(yàn)結(jié)果高度吻合。

圖7 裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)荷載-變形曲線對(duì)比Fig.7 Comparison of load-deformation curves of beam-column joints

對(duì)于裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)的峰值荷載，其數(shù)值模擬值和試驗(yàn)結(jié)果的誤差在正負(fù)加載方向分別為7.68%和8.42%?？傮w來(lái)看，本文建立的數(shù)值模型建模簡(jiǎn)單、計(jì)算高效，且結(jié)果精度相對(duì)較高，可為后續(xù)研究裝配式結(jié)構(gòu)的抗震性能及工程分析設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

3 框架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化數(shù)值模型

為評(píng)估該類裝配式RC框架結(jié)構(gòu)的抗震性能，首先根據(jù)一個(gè)現(xiàn)有的現(xiàn)澆RC框架結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)(試件設(shè)計(jì)、制作及振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)加載均由同濟(jì)大學(xué)土木學(xué)院結(jié)構(gòu)工程與防災(zāi)研究所完成)建立對(duì)應(yīng)的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)數(shù)值分析模型，將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證該模型的準(zhǔn)確性。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)各梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)梁端截面的抗彎承載力設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的多縫耗能裝置并將其安裝在靠近節(jié)點(diǎn)區(qū)的梁端。利用一個(gè)非線連接單元來(lái)模擬多縫耗能裝置的非線性行為，并建立相應(yīng)的數(shù)值模型來(lái)模擬裝配式RC框架結(jié)構(gòu)，通過(guò)非線性動(dòng)力時(shí)程分析研究該裝配式結(jié)構(gòu)在地震作用下的抗震性能。

3.1 現(xiàn)澆RC框架結(jié)構(gòu)數(shù)值模型

該現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)為兩跨三層RC框架結(jié)構(gòu)，位于上海地區(qū)IV類場(chǎng)地，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防烈度為7度(0.1g)。其中，結(jié)構(gòu)在X向的跨度為二跨1.63 m，在Y向的跨度為二跨2.00 m，各樓層層高分別為0.99 m，0.81 m和0.81 m，其詳細(xì)平面布置及尺寸如圖8所示。此外，各樓層樓板厚度均為40 mm，荷載配重如表1所示。利用SeismoStruct建立三維數(shù)值模型，如圖9所示。

圖8 現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖Fig.8 Structural drawing of cast-in-place structure

表1 模型結(jié)構(gòu)荷載Tab.1 Model structure load 單位：t

圖9 現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)模型Fig.9 Model of cast-in-place frame structure

其中，鋼筋本構(gòu)為Menegotto-Pinto[21]模型，混凝土本構(gòu)為Chang-Mander[22]模型，其參數(shù)取值均采用試驗(yàn)結(jié)果的平均值。梁、柱單元類型均為基于位移的非彈性框架單元，各層樓板采用剛性隔板約束(即所約束節(jié)點(diǎn)均無(wú)相對(duì)變形)。此外，采用分布質(zhì)量單元將附加荷載等效均布加載在各樓層的梁上，結(jié)構(gòu)阻尼為瑞利阻尼。

臺(tái)面地震激勵(lì)采用EL Centro波和SHW兩人工波，沿結(jié)構(gòu)單向或X/Y雙向輸入，并對(duì)其加速度從小到大進(jìn)行調(diào)幅研究結(jié)構(gòu)在不同地震水準(zhǔn)作用下的響應(yīng)，部分加載工況如表2所示。

表2 部分地震激勵(lì)工況Tab.2 Partial seismic excitation conditions

3.2 現(xiàn)澆RC框架結(jié)構(gòu)模擬驗(yàn)證

該振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)由同濟(jì)大學(xué)土木學(xué)院結(jié)構(gòu)工程與防災(zāi)研究所完成加載測(cè)試，根據(jù)其提供的試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，數(shù)值模型計(jì)算的結(jié)果與部分試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，分別如圖10和圖11所示。其中：D3和D1分別為結(jié)構(gòu)第三層和第一層的位移響應(yīng)；Dmax_FE和Dmax_Ex分別為數(shù)值模擬和試驗(yàn)測(cè)得的結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)；Amax_FE和Amax_Ex分別為其對(duì)應(yīng)的最大加速度響應(yīng)。

由圖10、圖11可知，該模型計(jì)算得到結(jié)構(gòu)的最大位移和加速度響應(yīng)與試驗(yàn)結(jié)果的比值為在0.66～1.03。雖然個(gè)別模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果有明顯偏差，但總體來(lái)看，該模型基本能夠較為真實(shí)地反映現(xiàn)澆RC框架結(jié)構(gòu)在實(shí)際地震作用下的地震行為。因此，現(xiàn)以該數(shù)值模型為基礎(chǔ)，建立裝配式結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化模型并對(duì)其進(jìn)行非線性動(dòng)力時(shí)程分析，用于評(píng)估其抗震性能。

圖10 結(jié)構(gòu)在工況6作用下的地震響應(yīng)Fig.10 Seismic response of structure under the condition 6

圖11 結(jié)構(gòu)在工況9作用下的地震響應(yīng)Fig.11 Seismic response of structure under the condition 11

3.3 裝配式RC框架結(jié)構(gòu)數(shù)值模型

在現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)設(shè)置非線性連接單元，用于模擬多縫耗能裝置的力學(xué)性能。其中，多縫耗能裝置的形式與圖3中的構(gòu)造相同，尺寸按照與相鄰混凝土梁截面承載力相匹配的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，其彎矩-曲率計(jì)算結(jié)果如圖12所示。據(jù)此來(lái)確定其恢復(fù)力模型中的關(guān)鍵參數(shù)。最后，建立裝配式RC框架結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型，如圖13所示。

圖12 多縫耗能裝置的彎矩-曲率計(jì)算結(jié)果Fig.12 Moment-curvature results of multi-slit energy dissipation devices

圖13 裝配式RC框架結(jié)構(gòu)數(shù)值模型Fig.13 Numerical model of precast RC frame structure

4 裝配式RC框架結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)

為進(jìn)一步量化評(píng)估此類裝配式RC框架結(jié)構(gòu)的抗震性能，分別從結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和地震響應(yīng)兩方面對(duì)現(xiàn)澆RC框架結(jié)構(gòu)與裝配式RC框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對(duì)比分析，如下所示。

通過(guò)分析結(jié)構(gòu)的自振特性，可以得到結(jié)構(gòu)的自振頻率和振型，進(jìn)而可以判斷結(jié)構(gòu)的剛度，并根據(jù)振型形式判斷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理?，F(xiàn)澆結(jié)構(gòu)與裝配式結(jié)構(gòu)的前3階振型及其對(duì)應(yīng)的自振周期，如圖14所示。

圖14 結(jié)構(gòu)前3階振型Fig.14 The first three mode shapes of structures

由圖14可知，裝配式結(jié)構(gòu)前兩階振型均為平動(dòng)，第三階振型為X-Y平面轉(zhuǎn)動(dòng)，與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)基本一致，但裝配式結(jié)構(gòu)的前三階自振周期略大于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，表明裝配式結(jié)構(gòu)的初始抗側(cè)剛度略低于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，這可能在一定程度上造成裝配式結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)結(jié)果不同于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

兩類結(jié)構(gòu)在多遇地震(工況2和工況3)，基本設(shè)防地震(工況9、和工況10)和罕遇地震(工況16和工況17)作用下的最大響應(yīng)結(jié)果，如圖15～圖17所示。由圖可知，相比于現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)，裝配式結(jié)構(gòu)的最大層間位移角值和樓層加速度表現(xiàn)出了一定程度的增減，在罕遇地震作用下表現(xiàn)出了一定的減震效果?？傮w來(lái)看，該裝配式結(jié)構(gòu)在各級(jí)水平地震作用下均表現(xiàn)較好，滿足抗震規(guī)范設(shè)計(jì)要求，其整體抗震性能基本接近現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

圖15 結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下的地震響應(yīng)Fig.15 Seismic response of structures under frequent earthquakes

圖16 結(jié)構(gòu)在基本設(shè)防地震作用下的地震響應(yīng)Fig.16 Seismic response of structures under basic fortification earthquakes

圖17 結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下的地震響應(yīng)Fig.17 Seismic response of structures under rare earthquakes

裝配式結(jié)構(gòu)各層中心梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域連接部位在地震工況2、工況9、工況16條件下的彎矩-轉(zhuǎn)角滯回曲線結(jié)果，如圖18所示。由圖18可知，在工況2條件下，各層連接部位的變形均處于彈性狀態(tài)(見(jiàn)圖18(a))；在工況9條件下，結(jié)構(gòu)底層的連接部位進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，為結(jié)構(gòu)提供了一定的耗能能力(見(jiàn)圖18(b))；在工況16條件下，結(jié)構(gòu)第一、第二層的連接部位均處于彈塑性狀態(tài)，表現(xiàn)出了顯著的塑性變形和滯回耗能性能，有利于減輕梁柱構(gòu)件的塑性損傷(見(jiàn)圖18(c))。

圖18 裝配式結(jié)構(gòu)中心節(jié)點(diǎn)連接部位的彎矩-轉(zhuǎn)角Fig.18 Moment-rotation deformation of the connection zone of the central beam-column joint in the precast structure

裝配式結(jié)構(gòu)各層中心梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域的連接部位在各地震工況作用下的最大變形結(jié)果，如圖19所示。由圖19可知：在多遇地震作用下，連接部位基本保持在彈性范圍內(nèi)，可以確保結(jié)構(gòu)正常使用；在基本設(shè)防地震作用下，部分連接部位開(kāi)始進(jìn)入彈塑性階段工作；在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)第一、第二層的連接部位均進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，且塑性變形更加顯著，充分發(fā)揮了多縫耗能裝置的力學(xué)性能并改善了結(jié)構(gòu)的抗震性能，符合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)期目的。

圖19 裝配式結(jié)構(gòu)中心節(jié)點(diǎn)連接部位的轉(zhuǎn)角變形Fig.19 Rotation deformation of the connection zone of the central beam-column joint in the precast structure

5 結(jié) 論

(1) 相比于現(xiàn)澆梁柱節(jié)點(diǎn)，裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)的損傷主要集中在多縫耗能裝置上，預(yù)制梁、柱構(gòu)件基本無(wú)損傷，可以實(shí)現(xiàn)梁柱節(jié)點(diǎn)損傷可控且震后快速更換修復(fù)的目的。

(2) 裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)在承載力、變形能力、耗能能力等方面均顯著優(yōu)于現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)，表現(xiàn)出了更優(yōu)異的抗震性能。

(3) 建立裝配式梁柱節(jié)點(diǎn)及結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化數(shù)值模型，并進(jìn)行非線性動(dòng)力時(shí)程分析。結(jié)果表明，多縫耗能裝置在多遇地震作用下保持在彈性狀態(tài)，可以確保結(jié)構(gòu)正常使用；在罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)底層多縫耗能裝置的塑性變形最大，充分發(fā)揮了多縫耗能裝置的力學(xué)性能，有利于減輕梁柱構(gòu)件的塑性損傷。此外，該裝配式結(jié)構(gòu)在各級(jí)水平地震作用下均表現(xiàn)較好，滿足抗震規(guī)范設(shè)計(jì)要求，其整體抗震性能接近現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。