淺談鋼纖維混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震性能

李寧瑞

南京龍?jiān)喘h(huán)保有限公司 江蘇南京 210000

1 試驗(yàn)概況

設(shè)計(jì)了三個(gè)混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)標(biāo)本，但核心區(qū)域并不完全由箍筋組成。其中，試件ZJ1是現(xiàn)澆普通鋼筋混凝土試件，試件ZJ2和ZJ3是包括預(yù)制梁，預(yù)制柱和梁-柱連接區(qū)域的組裝混凝土接頭測(cè)試件。柱和梁的橫截面尺寸分別為400mm×400mm和250mm×500mm，柱的縱向鋼筋為12根HRB400鋼筋，梁的縱筋為6根HRB400鋼筋。試樣ZJ2預(yù)制柱中心先埋設(shè)工字梁，工字梁模型是I-36a，材料是Q235B，從梁伸出的縱筋直接焊接到工字梁上。樣品ZJ3預(yù)制柱的側(cè)面嵌有300mm×400mm×20mm的夾板，而在預(yù)制柱的中間嵌有750mm×300mm×10mm的鋼板，同時(shí)將鋼板焊接到端板上。腹板通過(guò)焊接到嵌入板上的連接板與10.9高強(qiáng)度螺栓連接。板件尺寸為250mm×165mm×8mm。同時(shí)，將鋼纖維混凝土澆注到試樣的ZJ2和ZJ3節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)域和注入后的區(qū)域中，體積百分比含量為1%[1]。

2 破壞特征

圖1 現(xiàn)澆普通混凝土梁柱中節(jié)點(diǎn)和裝配式梁柱中節(jié)點(diǎn)的破壞圖

可以在圖1中看到：現(xiàn)場(chǎng)澆筑的混凝土接頭樣本ZJ1和組裝的混凝土接頭樣本ZJ3最終會(huì)在接頭的核心區(qū)域?qū)е录羟衅茐模M裝的混凝土接頭樣本ZJ2是典型的梁端彎曲破壞。由于試件ZJ2的工字梁穿透節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)域，并且節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域的剛度較大，因此I型鋼可以在節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)域均勻地傳遞力，因此節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)域保持良好的完整性。該構(gòu)件的預(yù)制梁的鋼筋直接焊接到預(yù)制I形梁上，連接剛度迅速變化，并且塑料鉸鏈已完全展開(kāi)。通過(guò)采用新的組裝連接工字梁，塑性鉸鏈可以移出。保證了接頭的完整性，最后出現(xiàn)了一種形式的梁端彎曲故障[2]。

與ZJ1相比，不帶鋼纖維的現(xiàn)場(chǎng)混凝土節(jié)點(diǎn)標(biāo)本使用I型鋼連接，而核心節(jié)點(diǎn)標(biāo)本ZJ2核心區(qū)域的裂縫在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域和注入后區(qū)域精細(xì)，致密，并且梁端連接實(shí)現(xiàn)了``強(qiáng)柱弱梁''的原理，因?yàn)樵搮^(qū)域裂縫很少，梁與工字鋼的縱向鋼筋焊接位置處有塑性鉸鏈，節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)域沒(méi)有明顯的剪切誤差。隨著位移的增加，塑料鉸鏈會(huì)更加嚴(yán)重地變化。與現(xiàn)場(chǎng)澆筑的混凝土接頭樣本ZJ1相比，組裝的混凝土接頭樣本ZJ3最終在接頭的核心區(qū)域發(fā)生剪切破壞，但是在核心區(qū)域添加鋼連接器和鋼纖維可以更有效地傳遞力。減少了發(fā)生，節(jié)點(diǎn)的剪切變形大大改善，左右梁的裂縫寬度和節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)域大大減少，鋼板和端板之間的連接大大增加了接縫。同時(shí)，如果成本增加幾十元，可以在節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)域添加鋼纖維，顯著減小裂縫寬度，提高節(jié)點(diǎn)的性能。與組裝的混凝土接頭試樣ZJ2和ZJ3的破壞模式相比，ZJ3的連接形式的改善效果不如ZJ2的效果理想。

3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果及分析

3.1 滯回曲線

在加載的初始階段，所有試樣的載荷-位移磁滯曲線幾乎是線性的，并且磁滯回線面積很小，表明測(cè)試梁和柱的節(jié)點(diǎn)處于彈性階段。如果負(fù)載繼續(xù)，則磁滯曲線會(huì)隨著樣本進(jìn)入彈性體燒結(jié)階段而非線性變化，并且隨著負(fù)荷的增加，磁滯回線的面積會(huì)繼續(xù)增加，表明樣本的能量消散能力會(huì)增加。最后，在試樣達(dá)到最大載荷后，卸載后的殘余應(yīng)變隨著載荷位移的增加而增加，但載荷逐漸減小。

圖2 每個(gè)樣品在梁末端的載荷-位移曲線

3.2 荷載位移骨架曲線

比較預(yù)制的高強(qiáng)度鋼筋鋼纖維混凝土梁柱接頭樣本ZJ2和ZJ3，樣本ZJ2的最終載荷在正向加載時(shí)略高于樣本ZJ3，在反向加載時(shí)的局限性載荷比試樣ZJ3高9%，這表明通過(guò)工字梁連接的預(yù)制接頭具有較高的梁端彎曲能力。達(dá)到極限載荷后，試樣ZJ3的加固范圍更長(zhǎng)，平臺(tái)部分越長(zhǎng)，曲線越低，試樣ZJ2的載荷急劇下降。同時(shí)，試樣ZJ2的平均損傷位移比試樣ZJ3的平均損傷位移高約4%，這表明用工字梁連接的預(yù)制接頭具有較高的變形能力。

3.3 剛度退化曲線

剛度定義為磁滯曲線的峰值點(diǎn)處的載荷值與磁滯曲線的峰值點(diǎn)處的相應(yīng)位移值之比。

通過(guò)比較三個(gè)中間節(jié)點(diǎn)試樣的剛度劣化曲線，當(dāng)沿正向和反向方向加載時(shí)，高強(qiáng)度鋼纖維混凝土梁-柱節(jié)點(diǎn)試樣ZJ2和ZJ3比現(xiàn)場(chǎng)混凝土接頭試樣ZJ1具有更高的強(qiáng)度劣化曲線。會(huì)看到它更柔軟且剛度性能較低。在正向荷載作用下，在節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)域添加工字梁的裝配好的混凝土接頭樣本ZJ2的剛度下降比使用鋼板和端板焊接到節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域的組裝混凝土的接頭樣本ZJ3的剛度下降要強(qiáng)。以后，如果變形能力大，則表明在節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)域添加工字梁可能會(huì)減慢接頭試樣的剛度退化。當(dāng)施加反向載荷時(shí)，在混凝土接頭芯區(qū)域內(nèi)具有工字梁接頭的已組裝混凝土接頭試件ZJ2的剛度劣化率降低，焊接鋼板和端板的試件ZJ3相似[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域中結(jié)合工字梁的試件以及在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域中焊接有鋼板和柱側(cè)預(yù)埋件的測(cè)試件，在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域添加鋼制連接器以提高整體剛度并確保節(jié)點(diǎn)同時(shí)，鋼連接器可以均勻地傳遞力，并提高了試樣的最終載荷，滯后能力和能量耗散能力，減緩了剛度的下降，從而改善了預(yù)制接頭的抗震性能。與兩種組裝節(jié)點(diǎn)相比，工字梁連接的節(jié)點(diǎn)不僅具有更高的最終載荷，應(yīng)變能力和能量耗散能力，而且具有更好的滯后性能，較慢的剛度退化性能和更高的梁旋轉(zhuǎn)能力。