足尺全预制装配式剪力墙结构节点抗震性能试验研究

足尺全预制装配式剪力墙结构节点抗震性能试验研究

近年来，随着住房的大规模建设，国家非常重视承包商的劳动保障，以及现场人员工人工工资的增加，许多房地产开发商和施工公司在新形势下，对房屋工业化建设技术尤其是预制混凝土预制装配室的建设提出了很好的研究。为推进建筑工业化发展,中南控股集团有限公司与澳大利亚康诺克公司合作,引进预制混凝土装配技术(Nantong&newprecastconcrete,简称NPC)。基于NPC技术的混凝土装配结构体系,其主要特点是采用预制钢筋混凝土墙,叠合梁、板,通过预埋件、预留插孔浆锚钢筋、现浇暗柱等将梁、板、墙等连成整体结构。为了更全面地了解这种新结构体系实际性能,特对其T形外墙、梁、板节点的结构性能进行相关试验研究,以期在试验基础上进行改进和完善结构相关设计、构造及施工,以便推广应用。目前,国内外对于预制装配剪力墙结构的研究均不够完善,国外仅YahyaC.Kurama和QiangShen等人进行了预应力装配的混合剪力墙结构的试验研究和理论分析,而国内研究更少,且集中在预应力装配式短肢剪力墙结构中,尚未对预制装配整体剪力墙结构进行试验研究,因此,对全预制装配剪力墙结构节点进行抗震性能试验研究很有必要。1节点装配方案节点试验根据实际工程结构各部位的预制装配工艺的不同,选取了具有代表性的T形外墙、梁、板节点。试验采用足尺模型,试验节点均取自试点工程的标准层。共做5个试件,尺寸及配筋都相同,其中现浇2个(试件A、B,见图1、图2),作为对比试件,预制装配节点3个(试件C、D、E)。为掌握全预制装配剪力墙结构体系节点的强度、延性及抗震性能等,确定加载方案为拟静力试验,及低周反复试验,并采用荷载、位移双控加载制度,最后与现浇节点进行比较。试验混凝土等级均为C30,纵向受力钢筋采用HRB335级钢筋,箍筋采用HPB235级钢筋,混凝土保护层厚度剪力墙为30mm,梁﹑板均为25mm。现浇试件按设计图纸配筋,构造满足规范要求。装配式试件与现浇试件混凝土及钢筋等级一致,以试件尺寸﹑配筋率一致为原则。装配节点部位具体做法如下:⑴T形墙做法在翼板节点处预留凹槽,与腹板根部节点区混凝土二次浇筑,混凝土叠合面凿毛,具体配筋构造见图3。⑵墙-U形梁节点做法在腹板处墙-梁节点区预留凹槽,U形梁长度比梁跨稍长,以方便搁置在腹板预留凹槽内。节点区混凝土以及U形梁叠合现浇部分混凝土同时2次浇筑。具体配筋构造见图4。2测试加载2.1最大荷载装置在梁端与墙控制下,最对于T形外墙与梁、板节点,理想的试验加载边界条件为墙肢下端铰支,上端仅能水平滑动,梁端铰支,于墙肢上端施加恒定轴压以及周期性水平反复荷载。但是这种理想约束条件实际加载装置很难实现,一般普遍采用墙肢上﹑下端铰支,梁端自由,于墙肢上端施加恒定轴压,并于梁端施加竖向低周反复荷载。本次试验由于墙肢形状为T形,并由于试验条件限制,并考虑主要研究节点区的性能,为方便试验,墙肢上﹑下端做了固结处理。试验加载装置见图5。2.2移双控加载制度本次试验所有试件加载均采用荷载﹑位移双控加载制度,即试件屈服前以荷载控制,每级循环1次,试件屈服后以位移控制,每级循环3次,见图6。3破坏过程及阶段试验轴压比均为2.0。试件受力全过程大致可分为以下3个阶段:未裂阶段即线弹性阶段﹑开裂后至受拉主筋屈服阶段﹑受拉主筋屈服后的破坏阶段。4试验结果的分析5装配式节点试验特点及破坏因素分析(1)试验表明,T形外墙、梁、板节点的装配式试件可以达到与现浇试件同样的抗震性能,而刚度、延性及承载力由于插筋的存在也均得到了一定提高。(2)耗能方面,由于拼接处插筋的存在,装配式节点试件的刚度、承载力都得到了一定提高,但由于构造上的原因,耗能在两个加载方向上与现浇试件差别较大,所以其总体耗能能力与现浇的仍为相近。(3)从试验结果来看,全预制装配剪力墙结构(NPC体系)可以达到与现浇结构相同或相近的承载能力以及抗震耗能能力,如进一步优化节点的插筋构造应该可以进一步提高其抗震性能,值得进一步研究和推广应用。现浇试件加载初期,试件基本上处于弹性状态,卸载及方向加﹑卸载后残余变形很小。当正向荷载达到开裂荷载时,板面靠近墙根部出现裂缝,然后,反向荷载达到开裂荷载时,梁底靠近墙根部出现裂缝,此阶段即为开裂阶段。后直接加载到屈服,期间裂缝逐渐增多,裂缝宽度增加不大,残余变形较小。继续加载至屈服阶段,正向梁顶受拉钢筋屈服,反向梁底受拉钢筋屈服,转入位移控制阶段。进入位移控制阶段后,裂缝由梁﹑板根部向自由端发展,裂缝也由受弯竖裂缝向斜裂缝发展,主裂缝宽度增加较快,到3Δy后几乎不出现新裂缝,表明此时梁根部塑性铰完全形成。到6Δy试件受压混凝土压碎,箍筋外露,承载力下降至极限承载力的85%以下,试件宣告破坏(图7a、图7b),停止试验。装配式试件加载初期,试件基本上处于弹性状态,卸载及方向加﹑卸载后残余变形很小。当正向荷载达到开裂荷载时,板面靠近墙根部出现裂缝,然后,反向荷载达到开裂荷载时,梁底靠近墙根部出现裂缝。此阶段即为开裂阶段,后直接加载到屈服,期间裂缝逐渐增多,裂缝宽度增加不大,残余变形还较小。继续加载至屈服阶段,正向梁顶受拉钢筋屈服,反向梁底受拉钢筋屈服,转入位移控制阶段。进入位移控制阶段后,裂缝由梁﹑板根部向自由端发展,裂缝也由受弯竖裂缝向斜裂缝发展,主裂缝宽度增加较快,到3Δy后几乎不出现新裂缝,表明此时梁根部塑性铰完全形成。到9Δy试件受压混凝土压碎,承载力下降至极限承载力的85%以下,试件宣告破坏(图7c、图7d、图7e),停止试验。5个试件的滞回曲线以及骨架曲线分别列于图8。5个试件的试验对比分析列于表1。由表1,装配式节点较现浇节点开裂﹑屈服﹑破坏荷载以及位移延性系数都得到了一定的提高。从滞回环的形状来看,装配式节点的滞回环明显出现了捏缩现象,反向加载循环较正向捏缩效应更明显。分析认为,板的存在,使得“T”形截面反向加载较正向加载时混凝土受压区面积不同,同时由于正向加载引起试件混凝土损伤﹑钢筋屈服以及试件残余变形造成。但是,装配式滞回环水平段较现浇的要短,说明装配的钢筋滑移较现浇的小。因此,总的来说装配式节点耗能与现浇相近。另外,除现浇2试件为第一个做的试件,屈服位移定的较小,残余变形还不明显,试验不够充分,其他此类节点的滞回曲线明显向位移正向偏移,分析认为,正﹑反向反复加载造成的结构损伤﹑钢筋屈服,使得试件正向位移的残余变形逐级增大且不可恢复,造成了每级加载循环之后试件梁﹑板逐渐下沉,表现在滞回曲线上即图形向正向位移方向移动。从骨架曲线上来看,装配式节点承载力下降较慢,刚度较大,塑性性能较好。装配3试件甚至出现了承载力的回升并有所增大,分