探究高層建筑結(jié)構(gòu)邊節(jié)點(diǎn)抗震性能

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1試驗(yàn)概況

1.1試驗(yàn)構(gòu)件設(shè)計(jì)和制作

邊節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)構(gòu)件取用承重框架梁柱反彎點(diǎn)之間的一個(gè)平面組合體，即“T字形”試件。為有效保證試件的澆筑質(zhì)量和垂直度，并與工程實(shí)際相符，全部試件均采用鋼模板、立模澆筑。邊節(jié)點(diǎn)構(gòu)件柱子的截面尺寸為200mm×200mm，梁的截面尺寸為150mm×250mm，縱向受力鋼筋采用HRB400級(jí)，箍筋采用HPB235級(jí)。柱子的配筋率為1.13%，梁的配筋率為0.9%，所有構(gòu)件配筋率和鋼筋的強(qiáng)度相同。為防止柱頭破壞，柱上、下兩端箍筋加密；節(jié)點(diǎn)核心區(qū)按照抗震要求對(duì)箍筋進(jìn)行了加密處理。本次試驗(yàn)共包括7根試件，詳細(xì)的試驗(yàn)構(gòu)件概況如表1所示，構(gòu)件的尺寸和配筋圖示，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用柱混凝土的構(gòu)件，施工縫留設(shè)在梁下部；節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用梁混凝土的構(gòu)件，分別在梁上和梁下留設(shè)兩道施工縫，施工縫處澆筑時(shí)間間隔為2天（48小時(shí)）。

1.2試驗(yàn)方法和加載裝置

采用低周反復(fù)試驗(yàn)方法進(jìn)行研究，加載制度為力—位移混合控制加載，在開始加載到構(gòu)件屈服前采用力控制；構(gòu)件屈服后，改用屈服位移的整數(shù)倍為級(jí)差作為回載控制點(diǎn)，每一位移下循環(huán)3次。在實(shí)際框架結(jié)構(gòu)中，當(dāng)作用水平荷載時(shí)，上柱反彎點(diǎn)可視為水平可移動(dòng)鉸，相應(yīng)的下柱反彎點(diǎn)可視為固定鉸；而節(jié)點(diǎn)兩側(cè)梁的反彎點(diǎn)可視為水平可移動(dòng)鉸。這樣可以有兩種加載方案：一種是在柱端施加水平荷載或位移，這時(shí)梁能夠左右移動(dòng)而上下受到約束，產(chǎn)生剪力和彎矩。這種邊界條件比較符合實(shí)際結(jié)構(gòu)中的受力狀態(tài)；另一種是將柱保持垂直狀態(tài)，在梁的自由端施加反復(fù)荷載或位移，此時(shí)邊界條件變?yōu)樯舷轮磸濣c(diǎn)為不動(dòng)鉸，梁反彎點(diǎn)為自由端。本次試驗(yàn)采用的是柱端加載的方式，即采用在柱頂施加軸向力和水平力的方式進(jìn)行試本次試驗(yàn)在東北電力大學(xué)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)室進(jìn)行，采用美國(guó)MTS公司生產(chǎn)的MTS液壓式伺服加載系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，采用MTS動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。試驗(yàn)自行設(shè)計(jì)了加載裝置，豎向加載裝置由反力架和1000kN數(shù)控電動(dòng)液壓伺服作動(dòng)器組成，水平加載裝置由反力墻和500kN數(shù)控電動(dòng)液壓伺服作動(dòng)器組成。試件垂直安放，為了保證柱的上、下兩端為理想的球鉸，在柱端設(shè)置了帶有滾動(dòng)軸的墊板，墊板上部為可轉(zhuǎn)動(dòng)的油壓千斤頂，柱下端為固定鉸支座；梁端由剛性連桿與地面鉸支座相連，保證梁端可以水平移動(dòng)但是不能垂直移動(dòng)。試驗(yàn)加載裝置示意圖如圖2所示。

2邊節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1破壞現(xiàn)象

邊節(jié)點(diǎn)構(gòu)件BZ1為節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用梁中混凝土強(qiáng)度的構(gòu)件，構(gòu)件破壞圖片如圖3所示。構(gòu)件初始裂縫出現(xiàn)在梁端第一箍筋處，正向開裂荷載為10kN；反向開裂荷載為20kN；裂縫擴(kuò)展速度較快，裂縫區(qū)域主要集中在梁的端部范圍內(nèi)，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)只有少量細(xì)小的裂縫出現(xiàn)，沒(méi)有明顯破壞。構(gòu)件最后在梁端形成塑性鉸，塑性鉸發(fā)展充分構(gòu)件BZ1的柱子和梁的實(shí)際配合比相差2個(gè)強(qiáng)度等級(jí)，說(shuō)明當(dāng)梁柱強(qiáng)度等級(jí)相差較小時(shí)，節(jié)點(diǎn)能夠滿足抗震設(shè)計(jì)要求。當(dāng)延伸長(zhǎng)度為0.5h時(shí)，出現(xiàn)裂縫的范圍較??；當(dāng)延伸長(zhǎng)度為1.5h時(shí)，出現(xiàn)裂縫的范圍較大；延伸長(zhǎng)度為h時(shí)，裂縫的范圍居兩者之間；同時(shí)，只有延伸長(zhǎng)度為0.5h時(shí)，在梁的根部出現(xiàn)了破壞裂縫。從開裂荷載上看，延伸長(zhǎng)度為1.5h的構(gòu)件開裂荷載最大，說(shuō)明延伸長(zhǎng)度對(duì)梁的開裂荷載有一定的影響。節(jié)點(diǎn)核心區(qū)均未產(chǎn)生明顯的破壞，這是由于所有構(gòu)件均采用了“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”的設(shè)計(jì)原則，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的箍筋做了加密，采用了柱子的混凝土強(qiáng)度澆筑節(jié)點(diǎn)核心區(qū)；與梁和柱子相比較，節(jié)點(diǎn)具有更好的抵抗低周反復(fù)荷載的能力。

2.2骨架曲線和滯回曲線不同軸壓比和不同延伸長(zhǎng)度下，邊節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用柱子混凝土強(qiáng)度的構(gòu)件骨架曲線對(duì)比。軸壓比越大，滯回曲線的剛度也越大。在0.3和0.5軸壓比下，延伸長(zhǎng)度對(duì)骨架曲線的形態(tài)、屈服荷載和最大荷載都沒(méi)有顯著影響，而延伸長(zhǎng)度為0.5h的試件，下降段更陡峭一些。光滑；軸壓比越大，滯回曲線的剛度也越大；從卸載曲線上看，主筋在節(jié)點(diǎn)存在一定量的滑移。其余邊節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的滯回曲線，均呈較光滑的梭形。

2.3承載力和延性性能分析邊節(jié)點(diǎn)構(gòu)件的試驗(yàn)結(jié)果，延性系數(shù)取用最大位移（即構(gòu)件的最大承載力對(duì)應(yīng)的位移）與屈服位移的比值，屈服位移由圖解法確定。從表2可以看出，在0.3軸壓比下，延伸長(zhǎng)度為1.5h時(shí)的延性性能最好，為3.26；延伸長(zhǎng)度為h時(shí)的延性性能稍差，為3.11；延伸長(zhǎng)度為0.5h時(shí)的延性性能最小，為2.53；延伸長(zhǎng)度對(duì)屈服荷載和最大荷載沒(méi)有顯著影響。在0.5軸壓比下，延伸長(zhǎng)度為h時(shí)的構(gòu)件延性性能最好，為2.73；為1.5h時(shí)的延性性能稍差，為2.41；為0.5h時(shí)的延性性能最小，為2.38。從試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，延伸長(zhǎng)度為0.5h時(shí)，延性性能最差，隨著延伸長(zhǎng)度的增加，延性性能增大。延伸長(zhǎng)度為1.5h時(shí)的試件最大荷載略高于其他構(gòu)件，延伸長(zhǎng)度對(duì)屈服荷載沒(méi)有顯著影響。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，當(dāng)構(gòu)件所承受的軸壓比較低時(shí)，即使梁柱邊節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用強(qiáng)度較低的梁中混凝土，其承載能力仍能滿足要求，但是延性性能弱于節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用柱子混凝土強(qiáng)度的構(gòu)件。

3結(jié)論

（1）從破壞現(xiàn)象上看，試驗(yàn)構(gòu)件的破壞均為梁端的受彎破壞。當(dāng)構(gòu)件所承受的軸壓比較低時(shí)，即使邊節(jié)點(diǎn)核心區(qū)采用強(qiáng)度較低的梁中混凝土，其破壞形態(tài)仍為梁端受彎破壞，但是延性性能略有下降。

（2）從試驗(yàn)結(jié)果上看，柱子中高強(qiáng)混凝土在梁中的延伸長(zhǎng)度為1.5h時(shí)的承載能力和開裂荷載最大，延伸長(zhǎng)度對(duì)屈服荷載沒(méi)有顯著影響。

（3）從延性性能上看，在0.3軸壓比下，延伸長(zhǎng)度為1.5h時(shí)的延性最好，為h時(shí)的延性稍差，為0.5h時(shí)的延性最小。在0.5軸壓比下，延伸長(zhǎng)度為h時(shí)的構(gòu)件延性最好，為1.5h時(shí)的延性稍差，為0.5h時(shí)的延性最小。從試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，延伸長(zhǎng)度為0.5h時(shí)，延性性能最差，隨著延伸長(zhǎng)度的增加，延性性能增大。

作者：魏春明 馬瀟瀟 趙星海 趙強(qiáng) 陳建華 單位：北電力大學(xué)建筑工程學(xué)院 東北電力大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院