部分预应力混凝土扁梁框架节点的拟静力试验研究.doc

部分预应力混凝土扁梁框架节点的拟静力试验研究房贞政 ,李斌 ,郑则群( 福州大学结构工程研究所 ,福建 福州 350002)摘要 :本文进行了四个部分预应力混凝土扁梁框架节点的拟静力试验研究 。通过四个不同试件的试验研究分析了节点的变形能力 、耗能能力 、延性和刚度退化等抗震性能 ,同时分析了低周反复荷载作 用下预应力混凝土框架节点的破坏机理 。关键词 :预应力混凝土扁梁 ;框架节点 ;拟静力试验 ;抗震性能中图分类号 : P315. 97文献标识码 :AQua si2static experimental study on fra me joints with partiallyprestressed concrete flat bea mFANG Zhen2zheng ,L I Bin ,ZHENG Ze2qun( Institute of Structural Engineering ,Fuzhou University ,Fuzhou 350002 ,China)Abstract :Four beam2column joints with partially prestressed concrete flat beam are tested under reversed cyclic lateralloading in this paper . The aseismatic behaviors of beam2column joints such as transform capacity , energy dissipating ca2 pacity , ductility and stiffness deterioration etc . are studied. Based on the results of the four2joint tests ,the failure mecha2 nism of the beam2column joints of frame under reversed cyclic load is analysed.Key words :prestressed concrete flat beam ;frame joints ; quasi2static experiment ;aseismatic behaviors预应力混凝土扁梁框架结构由于可以有效地降低建筑高度 ,近年来得到很广泛的应用 。当这种结构可以使用无粘结预应力技术时 ,则其施工更为简便 ,经济效益也更好1 。本文针对这种扁梁框架结构节点的抗 震性能进行了拟静力试验研究 ,以探讨预应力混凝土扁梁框架结构的抗震性能 。本文的框架节点模型拟静 力试验 ,选择有代表性的内 、外框架节点 ,并以扁梁结构的特点 ,以相同预应力度下预应力筋分别设置在内核心区与外核心区和不同轴压比等参数进行比较 。节点模型的预应力施加采用无粘结预应力方法 。1 节点模型的设计1. 1节点模型设计原则本试验着重研究扁梁框架内节点与边柱节点的抗震性能 ,为使节点模型拟静力试验能符合工程实际 ,并 能达到试验的目的 ,框架节点模型设计的原则为 :强柱弱梁 ,确保柱正截面受弯承载力之和大于梁所承担的正截面受弯承载力之和 ,即 Mc = 1. 2 M b ,保证塑性铰首先出现在扁梁 ; 强剪弱弯 ,梁 、柱抗剪承载力收稿日期 :20032 06230 ;修订日期 :20032 07230大于构件弯曲时实际达到的剪力值 ,避免过早产生剪切破坏 ;选取合适的预应力度 ( = 0 . 65) , 限制扁梁截面在破坏时的受压区高度不大于 0 . 25 hb 。框架节点的梁柱长度均按受力反弯点确定 。框架节点的边界条件与加载模式采用在柱端施加水平反复 荷载或位移 ,此时梁可在水平方向移动但垂直方向受到约束 ,产生剪力和弯矩 。这种边界条件比较符合框架 节点的实际受力状态 。1. 2节点模型尺寸与配筋本文试验的四个预应力混凝土扁梁框架节点是以实际工程常见的节点尺寸约以 1/ 3 的比例缩形 ,其中 , 两个为内节点 (UPPCJ - 1 和 UPPCJ - 2) ,另外两个为边柱节点 (UPPCJ - 3 和 UPPCJ - 4) 。各试件间区别考虑 的因素主要是在相同预应力度下 ,预应力筋分别布置在内核心区和外核心区对节点抗剪承载力的影响 ,并且 比较内节点和边柱节点的抗震性能 。各节点试件的尺寸和配筋如图 1 与图 2 所示 。节点混凝土设计强度为C40 。预应力筋采用 75 无粘结筋 ,一端张拉 。张拉控制应力为con = 0 . 4fptk = 0 . 4 1860 = 744MPa 。图 1 内节点试件尺寸及配筋图1. 3节点模型材料的力学性能节点模型采用的混凝土与钢筋的材性指标的实测值列于表 1 。表 1混凝土和钢筋材性指标的实测值钢筋混凝土A s/ mm2f y/ MPaf u/ MPaEs/ 105MPaf cu/ MPaf c/ MPaf t/ MPaEc/ 104MPa规格 6强 屈 比Pu/ Py1 . 451 . 141. 09反映耗能的指标可用等效粘滞阻尼系数和功比指数3 ,4,本文采用功比指数评价无粘结预应力混凝土n Pi iPIw =yyi = 1式中 : n 、i 分别表示某一荷载级别下的循环次数和循环序数 ;Pi 、i 分别表示第 i 循环的荷载和位移 。 三个节点试件在各级控制位移作用下的功比指数如图 11 所示 。显然 ,内节点 UPPCJ - 1 与 UPPCJ - 2 的耗能能力优于边柱节点 UPPCJ- 4 。这说明虽然从滞回曲线的饱满程度上看 ,UPPCJ - 4 最饱满 ,但由 于边柱节点的最大荷载和破坏荷载小于内节点 ,当采用考虑承载力因 素的功比指数来评价构件的耗能能力时 ,同样参数的中节点要比边节 点的功比指数性能优越 。而对于中节点 UPPCJ - 1 与 UPPCJ - 2 ,由于施 加的轴压比不同 ,因此其功比指数也表现得不同 ,轴压比大的节点其功比指数要更优越些 。试验还说明轴压比不同而其他参数相同的节点在图 11 功比指数随加载历程的变化图说明 : 位移系数为负表示作动器反向施加 控制位移时对应的延性参数 。水平力作用下 ,其开裂荷载基本相同 ,但轴压比大的节点其最大荷载与破坏荷载要大得多 。4. 3节点核心区钢筋受力情况在四个节点模型的拟静力试验过程中 ,无粘结预应力筋受力的公共点是在扁梁框架节点试件达到屈服 荷载前 ,无粘结预应力筋的预应力增量值都很小 。当试件屈服以后 ,无粘结预应力筋的应力增量才有非线性 的增长 ,但直至节点破坏预应力筋均未达到屈服强度 。在试验过程中 ,各扁梁框架节点试件的内核心区水平 箍筋应变始终未超过 1000,即均未屈服 。这表现了预应力对节点抗剪承载力的有利作用 。对于普通的钢 筋混凝土框架节点 ,由于梁宽小于柱宽 ,柱纵筋对梁纵筋起约束作用 。因此 ,大多数国家的工程实践没有设 置竖向箍筋 。本文这批的扁梁节点在外核心区也没有配置水平箍筋和竖向箍筋 。在试验中则出现了的外核 心区扁梁纵筋外鼓情况 ,这说明在扁梁框架节点处有必要设置竖向箍筋 ,以避免外核心区扁梁纵筋在受压的 情况下产生屈曲 。由于本次试验的节点模型在外核心区没有配置水平箍筋和竖向箍筋 ,因此 ,预应力筋布置在柱截面内与柱截面外的受力区别不明显 。5 结论本文的试验探讨了无粘结预应力混凝土扁梁框架典型的中节点与边节点的拟静力试验研究 ,可以得到 以下几个初步结论 :(1) 本文进行低周反复荷载作用下与实际工程相应的扁梁框架中节点和边节点模型试验 ,其位移延性 系数 (u/ y) 均达到 4 以上 ,即具有较好的延性 ,满足延性抗震设计要求 。(2) 本试验的型框架内节点的破坏形态为外核芯区剪切破坏 ,而框架边柱节点的破坏形态为扁梁梁端 弯剪破坏 。(3) 从节点试验的滞回曲线与骨架曲线来看 :预应力混凝土扁梁框架节点具有较好的耗能能力 ,且恢复 力较好 。与内节点相比 ,边柱节点的滞回曲线饱和 ,骨架曲线的下降段也比较平缓 ,延性较好 。但从功比系 数来看其强屈比要小 ,因此 ,预应力混凝土结构的抗震性能不能仅从滞回曲线与骨架曲线来判断 ,应从多项 指标综合考虑 。(4) 本次的扁梁框架节点试验 ,由于在节点核心区外没有设置箍筋 ,在试验中出现外核心区内的扁梁纵 筋压弯鼓出现象 ,使得纵筋压曲 ,可见在柱节点核心区外设置箍筋是重要的 ,建议在扁梁框架节点的设计应 设置竖向箍筋 。(5) 从不同轴压比的节点试验可证实 :轴压比增大能明显提高其水平破坏承载力 ,这与国内以往的节点 拟静力试验都有同样的结果 ,本课题还将作进一步探讨 。参考文献 :1234房贞政. 无粘结与部分预应力结构M. 北京 :人民交通出版社 , 1999 .J GJ 101 - 96 建筑抗震试验方法规程S.沈聚敏 ,周锡元 ,高小旺等. 抗震工程学M. 北京 :中国