張敏

鄭州商學院 河南 鞏義 451200

引言

隨著我國民眾生活水平不斷推升，其旅游文化休閑的需求也隨之增大，各地區(qū)在實際發(fā)展過程中也積極加強文化類旅游場所的設計與建設，一大批仿古建筑也隨之涌現(xiàn)?？紤]到木質(zhì)結(jié)構(gòu)的固有缺陷，仿古建筑設計與建設過程中將木制材料轉(zhuǎn)變?yōu)殇摻罨炷敛牧希紤]到仿古建筑所采用現(xiàn)代建筑材料及結(jié)構(gòu)連接模式與古建筑之間存在較大差異性，這就使得二者受力點也存在顯著不同，具體體現(xiàn)在斗拱連接處等方面。由此，當前行業(yè)內(nèi)在實際發(fā)展過程中，也針對混凝土斗拱節(jié)點抗震性能等方面進行較為深入的研究。

1 混凝土斗拱節(jié)點抗震性能試驗設計

為深入探究混凝土斗拱節(jié)點抗震性能變化情況，技術(shù)人員決定制作4個同等規(guī)格的混凝土斗拱構(gòu)件進行抗震性能試驗。4個試件均為澆筑制作的底寬及高度規(guī)格分別為1.3m以及1.96m的混凝土斗拱構(gòu)件。

試件采用強度等級為C35的混凝土材料，混凝土柱長度以及保護層厚度分別為1500mm以及30mm?？v筋以及箍筋分別采用HRB335級鋼筋以及HPB300鋼筋，試件截面尺寸及應變片布局如圖1所示。

圖1 試件及應變片示意圖

本次研究中將采用100tMTS伺服加載系統(tǒng)進行低周往復加載試驗。具體試驗過程主要參照《建筑抗震試驗方法規(guī)程》要求，利用位移控制加載方式開展試驗活動，具體加載試驗主要分為預加載以及位移控制加載兩部分，并采用DH3816靜態(tài)采集儀對加載數(shù)據(jù)進行采集[1]。

本次試驗中將通過低周往復荷載試驗探究軸壓比及斗拱配重對預制混凝土斗拱階段抗震性能影響進行探究，具體試驗中，技術(shù)人員設定A1、A2以及A2三組保持同等軸壓比，以斗拱上部配重為主要參數(shù)變量；A3以及A4兩組則設定保持同等上部配重，以軸壓比作為主要參數(shù)變量。具體如表1所示。

表1 試件能耗性能對比

表1 試件分組情況

2 試件試驗過程及結(jié)果

2.1 試件A1試驗結(jié)果分析

試樣A1具有0.4（柱頂部壓力1120kN）的軸壓比，并且800N的配重被施加到斗拱上部。在荷載作用初期，A1形貌未發(fā)生明顯的改變，試樣的橫向位移很少，屬于線性彈性階段。在7mm的水平位移下，混凝土拱背發(fā)生橫向開裂，其承載力為102kN。隨著變形的不斷增大，鋼筋混凝土柱面上的垂直和傾斜的裂紋越來越多，并且裂紋的發(fā)展也越來越迅速。同時，隨著水平位移的增大，混凝土斗拱的端部也會產(chǎn)生新的裂紋。柱間橫向裂縫發(fā)育情況明顯，裂縫寬度增加。

2.2 試件A2試驗結(jié)果分析

試樣A2具有0.4（柱頂部壓力1120kN）的軸壓比，并且將2000N的重量施加到斗拱上部。在鋼筋混凝土柱底部，在側(cè)向位移增加到7mm的情況下，出現(xiàn)了一個很小的橫向水平裂紋，此時試件荷載值僅為103kN。試驗結(jié)果表明，A2在荷載作用下的初始載荷與A1、A2相同，而上部混凝土斗拱的重量對其應力狀態(tài)的影響不大。當試樣的橫向位移增大到16mm時，A2的荷載為188kN。在此期間，斗拱座斗部出現(xiàn)了貫穿的垂直裂紋，并且在混凝土柱面上裂紋的數(shù)目和寬度都有較大幅度的增加。但在達到極限位移后，試樣表面出現(xiàn)裂紋，同時地基和柱子之間的混凝土出現(xiàn)了大量的剝落，甚至可以看到柱子的縱向鋼筋。試驗結(jié)果表明，試樣的整體失效比較突然，延性不佳。

2.3 試件A3試驗結(jié)果分析

試樣A3具有0.3的軸壓比（柱頂部壓力840kN），并且將2000N的重量施加到斗拱上部。試驗結(jié)果表明，在試驗構(gòu)件側(cè)向位移達到5mm后，在拱背側(cè)混凝土柱的中間部位產(chǎn)生了兩條細小的對稱裂紋。在此基礎上，在梁體上產(chǎn)生了一條12cm左右的橫向裂紋，并在其周邊形成了許多細小的斜縫。隨著載荷的不斷增加，裂紋的發(fā)展也越來越頻繁。在初期，橫向裂紋擴展明顯，并貫穿了混凝土柱面。最后，在試樣的橫向變形量達到27mm時，其荷載降低到162.6kN。

2.4 試件A4試驗結(jié)果分析

試樣A4具有0.2的軸壓比（柱頂部壓力值560kN），并且將2000N的重量施加到斗拱上部。在A4載荷作用下，裂紋的發(fā)展與Z-4的裂紋發(fā)展過程基本一致。在水平位移為6mm的情況下，在地基和混凝土柱間的交界處，出現(xiàn)了一次水平開裂，其初始應力為109kN。與A3、A2相比，隨著最大水平位移的增加，裂紋發(fā)展狀況得到了明顯的改善，變形能力也得到了很好的提高。在水平位移增大到11mm時，在混凝土斗拱端部的薄弱位置，有一條8cm長的垂直裂紋。該地區(qū)的裂縫發(fā)育有明顯的發(fā)展趨勢，并伴有多條斜裂?；炷炼饭暗氖问绞秦Q向和剪力破壞。然后，在距柱腳15cm的水平裂縫貫通。柱底部的破壞形式以彎剪破壞和彎曲破壞為主。試驗結(jié)果表明，在178kN的條件下，其橫向變形量為21mm，混凝土保護層破碎，混凝土碎屑開始剝落。最終試樣的負載值降低到0.85Nu（162.6kN），加載結(jié)束。

2.5 試件A5試驗結(jié)果分析

試樣A5具有0.2的軸壓比（柱頂部壓力值560kN），并且將2000N的重量施加到斗拱上部。在A5載荷作用下，裂紋的發(fā)展與Z-4的裂紋發(fā)展過程基本一致。在水平位移為6mm的情況下，在地基和混凝土柱間的交界處，出現(xiàn)了一次水平開裂，其初始應力為109kN。與A4、A3相比，隨著最大水平位移的增加，裂紋發(fā)展狀況得到了明顯的改善，變形能力也得到了很好的提高[2]。在水平位移增大到11mm時，在混凝土斗拱端部的薄弱位置，有一條8cm長的垂直裂紋。該地區(qū)的裂縫發(fā)育有明顯的發(fā)展趨勢，并伴有多條斜裂。

3 混凝土斗拱節(jié)點抗震性能分析

3.1 斗拱構(gòu)件延性

本文研究中以為位移延性系數(shù)進行表示，其計算公式如下所示。

通過對計算結(jié)果進行分析可知，4組試件階段延性系數(shù)均分布在3～4區(qū)間范圍內(nèi)；通過對各組試件進行對比分析可知，各組試件正負向位移延性系數(shù)間存在較為顯著的差異性，且均為正向系數(shù)大于負向系數(shù)，通過對其進行深入研究可知，受各試件正負向剛度存在差異性情況影響，試件負向剛度大導致試件受拉屈服過程中位移幅度較大；各試件滯回線正向推力明顯小于負向拉力，這就使得各試件在受拉過程中出現(xiàn)破壞的概率相對較大；試件延性會隨著軸壓比以及配重提升而降低。

3.2 試件耗能性能

從技術(shù)角度分析，試件的耗能性能可理解為在反復荷載作用下，構(gòu)件針對相應能量進行吸收以及消散的能力，其是判斷結(jié)構(gòu)抗震性能的重要指標，其通常情況下會通過荷載-位移曲線的滯回環(huán)涉及面積對該指標系數(shù)進行測算，性能會隨著面積提升人提升。通常情況下，對結(jié)構(gòu)耗能性能的測算主要通過等效黏滯阻尼系數(shù)進行，結(jié)構(gòu)耗能性能會隨著系數(shù)提升而提升，其計算公式如下所示。

通過對表中數(shù)據(jù)進行分析可得出如下結(jié)論：

第一，有表中數(shù)據(jù)可知，在位移逐步增大情況下，各試樣的等效黏滯阻尼系數(shù)也相應地增加，且其累積的能量消耗也會隨測試時間的延長而增大。通過比較，確定了當量黏滯阻尼系數(shù)的取值范圍為0.2831～0.3324。

第二，試件在屈服情況下，由于櫨斗以及混凝土柱底部均出現(xiàn)屈服，其耗能特性已初步顯現(xiàn)；在達到塑性限的情況下，由于柱底混凝土的塑性進一步發(fā)展，其耗能特性顯著改善；在試驗構(gòu)件失效后，由于斗拱的櫨斗、昂、翹等分布的連接處都出現(xiàn)裂縫，鋼筋混凝土柱的基部出現(xiàn)失穩(wěn)，其耗能特性也隨之增大，并達到了最大。從這一結(jié)果可以看出，在試件的結(jié)點處，材料的塑性發(fā)育比較充分，顯示出了良好的耗能特性。

第三，比較試件2、3和4可以發(fā)現(xiàn)，隨著軸壓比的增加，它的彈性周期變短，從而使試件進入塑化階段的時間變短。假定位移條件相同，則能量消耗越大，其性能發(fā)揮越充分。由此可得出結(jié)論，軸壓比和累積耗能呈逆向關(guān)系，累積耗能會隨著軸向比降低而提升，其延性也會隨之提升。試件A4的累積耗能最大值為0.2，表明其具有良好的延性性能[3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，由試驗研究結(jié)果可得出如下結(jié)論：第一，試件正負向荷載特征值存在較為顯著的差異，主要原因在于試件主要采用非對稱結(jié)構(gòu)設計，且焊縫的存在使得試件的昂、翹等于混凝土柱連接部分出現(xiàn)破壞的概率相對較大，進而導致內(nèi)力傳遞效果被削弱；第二，混凝土斗拱節(jié)點雖然與傳統(tǒng)斗拱結(jié)構(gòu)存在顯著差異，且不具備傳統(tǒng)斗拱結(jié)構(gòu)的減震、抗震能力，但是在混凝土斗拱結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)塑性變形能力充分發(fā)揮情況影響下，其耗能性能較為顯著，混凝土柱軸壓比對裝配式混凝土斗拱節(jié)能耗能影響較為顯著。