新型装配式混凝土框架型钢节点试验.pdf

第 3 3卷 第 2期 2 O 1 6年 3月 建筑科学与工程学报 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g Vo1 3 3 M a r NO 2 2 01 6 文章编号 ： 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 6 ) 0 2 0 0 1 5 - 0 9 新型装配式混凝土框架型钢节点试验 曹 杨 ， 孙千伟 ， 宫文 军 ， 魏宏超 ， 丁文胜。 ， 王 国林 ( 1 中国二十冶集 团有限公司 ， 上海 2 0 1 9 9 9 ；2 上海应用技术学 院 城 市建设与安全工程学 院， 上海 2 0 1 4 1 8 ) 摘要 ： 针对 目前 装 配式混 凝土 节点连接 复 杂 、 湿连接 多等 问题 ， 设计 了 3类 ( 工字 型钢 、 双腹 板 工 字 型钢 、 组合 角钢 ) 6个利 用型钢 连接 的预 制 装 配 式混 凝 土 梁柱 节 点 ， 并 开展 了拟 静 力 试 验研 究 。通 过试验现象及数据分析 了各节点的破坏形 态、 抗震性能， 研 究了焊接连接形式、 梁截面尺寸、 截面形 式对型钢节点力学性能的影响。结果表明： 预制梁型钢与梁纵筋采 用搭 焊或预制板塞焊对节点性 能影 响不 大 ； 与 标准现 浇 混凝 土节 点相 比 ， 工 字型钢 节 点极 限承 载力 显著提 高 ， 组合 角钢 与之 相 当， 双腹板工字型钢略有降低； 3类型钢节点均表现 出良好的延性及耗能性 能， 能量耗散 系数比现浇标 准节 点提 高 1倍 以上 ； 3类节 点 不 同的破 坏 形 态验 证 了提 出的通 过 有 意识 地 弱化 节点 邻近 区域 刚 度 而改善 节点抗 震性 能 的装配 式节 点设计 理念 。 关 键词 ： 预制 装 配式 节点 ； 混凝 土结构 ； 型钢 连接 ； 拟 静 力试验 中图分 类号 ： T U3 7 5 4 文 献标 志码 ： A Ex p e r i me n t o n Ne w S e c t i o n S t e e l J o i n t s f o r Pr e f a b r i c a t e d Co n c r e t e Fr a me CAO Ya n g ，S UN Qi a n we i ，GONG We n j u n ，WEI Ho n g c h a o ， DI NG W e n s he n g W ANG Gu o l i n ( 1 Ch i n a M CC2 0 Gr o u p Co r p L t d，S h a n g h a i 2 0 1 9 9 9 ，Ch i n a ；2 C o l l e g e S a f e t y E n g i n e e r i n g ，S h a n g h a i I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y，S h a n g h a i o f Ur b a n C o n s t r u c t i o n a n d 2 O 1 4 1 8 Ch i n a ) Ab s t r a c t ：I n v i e w o f t h e p r o b l e ms o f p r e s e n t p r e f a b r i c a t e d c o n c r e t e j o i n t s s u c h a s c o mp l e x c o n n e c t i o n a n d ma n y we t c o n n e c t i o n s ，3 t y p e s( I t y p e ，I I t y p e ，c o mb i n e d a n g e l s t e e 1 )i n c l u d i n g 6 k i n d s o f p r e f a b r i c a t e d c o n c r e t e b e a m c o l u mn j o i n t s c o n n e c t e d b y s e c t i o n s t e e l we r e d e s i g n e d a n d q ua s i s t a t i c e xp e r i me nt s we r e c a r r i e d o ut Ba s e d o n t h e ph e no me no n a nd d a t a of t e s t s ，t he f a i l ur e mo d e s a n d s e i s mi c p e r f o r ma n c e o f j o i n t s we r e a n a l y z e d Th e i n f l u e n c e s o f we l d i n g c o n n e c t i o n t y p e， s e c t i o n di me n s i on a n d s e c t i on s h a p e o n m e c ha n i c a l p r o pe r t i e s we r e s t ud i e d Th e r e s u l t s i n d i c a t e t ha t t h e i n f l u e nc e s o f pr e f a br i c a t e d s e c t i o n s t e e l a nd l o ngi t ud i na l r e i nf or c e me nt by l a p we l d i n g o r p r e f a b r i c a t e d b o a r d p l u g we l d i n g o n p r o p e r t i e s o f j o i n t s a r e l i t t l e Co mp a r e d wi t h t h e s t a n d a r d c a s t i n s i t u j o i n t ，t h e b e a r i n g c a p a c i t y o f t h e I t y p e j o i n t s i s mu c h h i g h e r ，a n d t h e L t y p e o n e i s s i mi l a r ，t h e I I t y p e o n e i s s l i g h t l y l o we r Al l t h e t h r e e k i n d s o f s h a p e s t e e l j o i n t s p r e s e n t m u c h be t t e r du c t i l i t y a n d e n e r g y d i s s i p a t i o n c ha r a c t e r i s t i c s，t h e c o e f f i c i e n t o f e n e r gy di s s i pa t i on o f t h e s e j o i n t s i s t wi c e a s h i g h a s t h e s t a n d a r d c a s t i n s i t u j o i n t Th e f a i l u r e mo d e s o f t h e t h r e e k i n d s o f j o i n t s v a l i d a t e t h a t t h e d e s i g n i d e a i s b e n e f i c i a l t o i mp r o v e t h e s e i s mi c p e r f o r ma n c e o f t h e j o i n t s t h r o u g h we a k e n i n g t h e s t i f f n e s s o f t h e a d j a c e n t a r e a o f t h e j o i n t 收稿 日期 ： 2 O 1 5 - 0 8 1 1 基金项 目： “ 十二五” 国家科技 支撑计划项 目( 2 0 1 2 B AJ I 3 B 0 5 ) ； 中冶工程技术中心研发项 目( 0 0 3 2 0 1 2 0 0 9 ) 作者简介 ： 曹杨( 1 9 7 8 一 ) ， 女 ， 安徽合肥人 ， 教授级 高级工程 师， 工学博士 ， E ma i l ： c a o y a n g mc c 2 0 c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 6 建筑科 学与工程学报 2 0 1 6 丘 Ke y wo r d s ：p r e f a b r i c a t e d j o i n t ；c o n c r e t e s t r u c t u r e ；p r o f i l e d s t e e l c o n n e c t i o n；q u a s i s t a t i c t e s t U 5 J 昌 对于预制装配式混凝 土结构体系而言 ， 预制构 件 之 间的连 接方 式是 装配 式混 凝 土结构 研究 的核 心 问题 之 一 。 历 史 震 害 ( 如 发 生 于1 9 9 4 年 的 No r t h r i d g e 地 震 ) 资料 表 明 ， 在整 体倒 塌 的装配 式 建 筑 中 ， 预 制梁 柱构 件破 坏 较轻 ， 而 主要 的倒塌 原 因是 框架结构内各个构件问的连接破坏_ 1 。因此 ， 预制 构件的节点是装配式结 构的薄弱环节 ， 也是装配式 结构抗震研究的重点及结构整体抗震研究的前提和 基础。一般而言， 装配式混凝土结构预制构件连接 大体可以分为干连接和湿连接 2种 。为了保证装 配式建筑的整体性 ， 目前预制构件的连接方式 主要 采用湿连接 ， 即在构件连接时在节点连接处浇筑 混 凝 土或水 泥 浆 与 其 锚 固 ， 形 成 了 多 种 节 点 类 型 。 干 连接 即干 作业 的连 接方 式 ， 连接 时不 浇筑 混凝 土 ， 而是通过在连接 的构件 内植入钢板或其他钢部件 ， 通 过螺 栓连 接或 焊 接 以 达 到连 接 的 目的 ， 应 用 相 对 较 少 7 。对 于装 配式 建 筑 ， 不仅 需 要 考 虑 装 配 式 建 筑节点的安全性和可靠性 ， 也同时需要考虑建造的 便利性 。基于此认识， 研发高效便捷 的干连接节点 具有 重要 意 义 ， 而 发 展 型 钢混 凝 土 ( S RC ) 节 点 是 一 条 有利 的途 径 。历史 上各 国很 多学 者对 型钢 混凝 土 节 点做 了多 方 面 的研 究 ， 一 些 学 者 提 出 了 混 凝 土柱与含部分型钢混凝土梁结合的装配式节点并进 行 了试验 研究 n 。 。 。遗憾 的是 以前 研究 采用 的型钢 节点 连接 方 式 是 焊 接 ， 难 以 真 正 改 善 装 配 便 利 性 。 因此 ， 本文采用将型钢植入混凝土梁端， 研发基于螺 栓连 接方 式 的 3 类 预 制装 配式 混凝 土结 构新 型梁 柱 节 点 。为 了考 察这 些节 点 的力学 特征 、 抗 震性 能 ， 进 行 拟 静力试 验 研究 ， 根 据试 件破 坏形 态 、 极限承 载 力 及滞 回曲线等 ， 对各类节点进行 比较分析 ， 并优选出 适合进一步推广应用及深入研究的节点类型。 1 试验梁柱节点 本 文试 验共 对 1 个标 准 现浇 节点 和 6个新 型装 配式混凝土节点进行拟静力试验研究 ， 并通过与现 浇节点对 比， 研究 了各类装配 式节点 的力 学特征 。 本文试验构件尺寸、 现浇柱及预制梁配筋 如图 1所 示 。在 6 种装配式节点构件中， 预制梁有 2种截面 ， 分 别 为 2 5 0 mm 4 0 0 mm， 2 5 0 mi t t 5 5 0 mm。梁 截面 2 5 0 mm 4 0 0 mm 的箍筋为 1 0 0 2 0 0 ( 2 ) ， 纵筋 为 3 中 2 O ； 截 面 2 5 0 mlT l5 5 0 mm 的箍 筋为 ( 8 1 0 0 2 0 0 ( 2 ) ， 纵筋 为 3 2 2 。试 验构件 中， 柱和 梁 的纵 筋均为 HR B 4 0 0 ， 箍筋 为 HP B 3 0 0 。混凝土 保护层 的厚度为 2 5 mm。根据材性试验结果 ， 混凝 土等级为 C 4 0 ， 标准养护条件下 3组 1 5 0 mm1 5 0 mm1 5 0 mi D _ 立 方 体 混 凝 土 试 块 强 度 平 均 值 为 5 O 1 MP a 。3组 直径 2 0 mm 的 HR B 4 0 0钢筋 屈 服 强度平 均 值为 3 9 4 MP a ， 极 限强 度平 均 值 为 5 1 5 MP a ， 直径 8 mm 的 HP B 3 0 0钢 筋 屈 服 强 度 平 均 值 为 2 8 3 MP a ， 极限强度平均值为 4 3 3 MP a 。预制梁 端及 现浇 柱预 埋 型钢 均 为 Q2 3 5 B， 型钢 连 接 为 高 强 螺栓 M1 6 。 莩 2 1 6 0 习 2 1 60 1 r 直 径2 0 mm凹 槽 用 于 构件 安 装 2 0 0 0 2 0 0 0 。 3 b 2 2 ( 0 8 1 0 0 2 0 0 ) 一 。 。 2 F | 图 1 构 件尺寸及 配筋示意 ( 单位 ： mm) Fi g 1 Di m e ns i o ns a n d Re i nf o r c e m e nt s of C o mp o n e n t( Un i t ： mm) 本文试验各装配式节点试件按梁柱节点预埋钢 骨 分 为 3 种 类 型 ， 分别 为 工字 型 钢 、 组 合角 钢 和双腹 板工字型钢 。装配式节点具体连接形式 以及型钢与 预 制梁 连接 方式 见表 1 及 图 2 4 。 2 节点拟静力试验方案 本 文试 验对 上述 3类 6 个 装 配 式 梁柱 节 点 及 1 个标准现浇节点进行拟静力试验研究 ， 模拟在地震 等水平反复荷载作用下节点的受力性能 ， 通过与标 准现浇节点对 比分析， 以把握装 配式混凝土梁柱节 点 的力 学特 征 以 及 该 类 节 点 在 地 震 作 用 下 的抗 震 性 能 。 2 1 加载装 置 本文试验为拟静力往复加载试验 ， 加载装置如 图 5所示 。5 0 t 液压伺服作动器采用铰接方式连接 于两梁端 ， 采用同步加载模式( 一拉一推) ， 并通过位 移和力传感器分别采集梁端位移和所施加荷载。柱 头和柱脚均采用平 面铰连接方式模拟反弯点边界条 件 ， 并采用钢系杆将柱顶耳板固定于剪力墙 ， 同时借 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2 期 曹 杨 ， 等 ： 新型装配式混凝土框 架型钢节点试验 1 7 表 1 试件基本参 数 Ta b 1 Ba s i c Pa r a me t e r s o f Sp e c i me n s 预制梁内钢筋与 节点编号 试件编号 梁截 面高度 mm 梁截面宽度 ram 梁柱连接型钢 栓钉布置 型钢 连接方式 J O 4 O 0 2 5 0 J 1 I - 4 0 0 一 D 4 O O 2 5 0 工字型钢 搭 焊 仅预制梁 内腹板 J 2 I 4 0 0 一 S 4 O O 2 5 0 工字型钢 预埋钢板塞焊 J 3 I 一 5 5 0 一 D 5 5 O 2 5 O 工字型钢 搭 焊 预制梁 内腹板 、 非拼装 区域上下翼缘 J 4 L 4 0 0 S 4 O O 2 5 O 组合角钢 预埋钢板塞焊 J 5 I I 一 4 O O D 4 0 O 2 5 O 双腹板工字型钢 搭焊 非拼装区域增加上下翼缘 J 6 I I 4 0 0 S 4 O O 2 5 0 双腹板工字 型钢 预埋钢板塞焊 非拼装区域增加上下翼缘 注 ： I I I I 表 不 型 钢 类 型 ， 数 字 表 不 梁 截 面高 度 ， D表 不 搭 焊 连 接 ， S表 不 预 制 钢 板 塞 焊 。 助反力架 ， 通过千斤顶施加柱轴力。 呈现 出相类似 的破坏形态 ， 即节点 的开裂首先出现 2 2加载方案 在梁端 ， 并随着加载位移的增大， 裂缝 逐渐扩展 ， 最 本文试验采用力和位移联合控制方式加载 ， 加 后在梁柱节点连接处混凝土脱落 ， 核心 区仅出现少 载过程分为预加载 、 荷载控制及位移控制 3个阶段 。 量斜裂缝 。对 于节点 J 4 ( L 一 4 0 0 一 s ) ， 当位移加载 到 荷载控制阶段预先加载 1 次 1 0 k N的循环 ， 以检查 9 0 mm时 ， 荷载随着位移增加而提高的趋势明显变 设备 和加载 装置 工作情 况 ， 此后 进行 1 次 0 5 P ( P 缓 ， 因拼装 区发生 受 弯破 坏 ， 承 载力 相 对 较 低 ， 但 保 为纵 筋屈 服荷 载 ， 约 3 5 k N) 的循 环 。根 据标 准 现浇 护层 厚度 不大 ， 故 承 载 力 下 降 不 明显 。节 点 最后 为 节点 试验 结 果 ， 梁 端 加 载 点 纵 筋 屈 服 位 移 约 为 梁端 弯 曲破坏 ， 节 点核 心 区只产 生 了少量 斜裂缝 ( 图 3 0 mm， 故在位移加载阶段 ， 以 一 一1 ， 2 ， 3 ( 1 1 ) 。对于节点 J 5 ( I I 一 4 0 0 一 D) 和节点 J 6 ( I I 一 4 0 0 一 s ) ， 为加载位移) 进行低周反复加载 ， 每级加载进行 3 次 当位移加载到 9 0 mm时 ， 荷载降低到最大承载力的 反复循环( 图 6 ， 其中 P为荷载) 。8 5 9 6 以下 ， 在距西侧梁根部 8 5 0 mm 的截 面弯剪斜 3试件试验现象及破坏形态 按照前述的加载方案 ， 先进行力加载 ， 后进行位 移加载， 不同的节点类型在相 同的加载方案下呈现 出不 同 的破 坏特 征 。 对于标准现浇节点 ， 当位移加载至 8 0 mm 时 ， 核心 区斜裂 缝继 续 变 宽 ， 而 梁柱 受 弯 裂 缝基 本 不 再 变化 ， 核心 区 中部混凝 土压 坏 ， 节 点最 后发 生核 心 区 剪 切破 坏 ( 图 7 ) 。 节点 J 1 ( I 一 4 0 0 一 D) 和节点 J 2 ( I - 4 O O s ) 呈现 出相 同的破坏形态， 即进行位移加载时， 核心区出现沿对 角方向的主斜裂缝， 裂缝 随着加载位移的增大而逐 渐扩 展 ， 当位 移 加 载到 9 0 mm 时 ， 裂 缝 扩 展 至 梁 柱 连接 处 的梁 端 ， 此 处及 型钢 连接 处部分 混凝 土脱 落 ， 最终 核心 区混凝 土发 生剪 切破 坏 ( 图 8 ， 9 ) 。对 于节 点 J 3 ( I 一 5 5 0 一 D) ， 主要破坏区域集 中在梁柱节点核心 区， 当位移加载到 9 0 mm 时， 核心 区靠梁侧 的斜裂 缝明显变宽 、 延长并连通， 在反复荷载作用下 ， 最终 核心区靠侧梁的混凝土继续发生破坏脱落 ， 荷载峰 值略有降低 ， 除梁后浇段弯裂缝和核心区斜裂缝外 ， 其余部位裂缝均已停止发展且基本闭合 ( 图 1 0 ) 。 节点 J 4 ( I 一 4 0 0 一 S ) ， J 5 ( I I 一 4 0 0 一 D) ， J 6 ( I I 一 4 0 0 一 S ) 裂 缝 明显 ， 而核 心 区裂 缝 基 本 闭 合 。节 点最 后 破 坏 为拼装处型钢翼缘钢板外侧混凝 土脱落 ， 节点核心 区只存在少量斜裂缝 ( 图 1 2 ， 1 3 ) 。 4试验结果分析 在对 6个装配式节点试件 的拟静力试验过程 中 ， 记 录 了包括 节点 受 弯开裂 荷 载 、 核 心 区斜裂 缝开 裂荷载、 极限承载力以及 主要破坏形态等宏 观试验 结 果 ， 见表 2 。 根据各节点在不 同破坏阶段的力学特征和最终 破坏形态并结合各节点试验过程 中的现象 ， 分别对 型钢连接类型 、 梁截面高度 、 滞 回曲线特征 、 极 限承 载力及 最终 破 坏形 态 等 进 行 对 比分 析 ， 研究 不 同节 点类 型 的力 学 性能 。 4 1 型 钢与 梁纵 筋连 接方 式影 响 对于 节 点 J 1 ( 1 - 4 0 0 一 D) 和 节 点 J 2 ( I - 4 0 0 一 S ) ， 除 了预制梁端型钢与梁纵筋的连接方式不 同外 ， 其他 构造均相同。节点 J 1梁端与型钢 的连接采用梁纵 筋直接搭焊到工字型钢上翼缘板 ， 而节点 J 2则通过 将梁纵筋与预埋钢板塞焊连接 。试验结果表 明， 除 了试验过程 中初始裂缝出现区域及裂缝前期扩展方 式有所差异外 ， 两试件无论是在最终的破坏形态 、 极 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 8 建筑科学与工程 学报 2 0 1 6血 M 1 4X8 0 搭焊 正 反 面 共 I= = = =I l I 工 字钢预 制梁 5 0 5 0 现 浇柱 Q 一 ( a ) J 1 ( I - 4 0 0 D) 梁 纵筋 与 端 板穿 塞： 预制梁 - I l= =l I 。 l I- 二二 1 、I I 2 0 Q 一 4 3 0 土 字钢 附 ： 预 制 梁端 钢 板勺 1 6 0 3 6 0X 1 2 现浇 柱 f Q ( b ) J 2 ( I - 4 0 0 - S ) 直锚 筋 板 塞 焊 Ml 48 0 栓 钉 上 下 翼缘 共 1 O 颗 M 1 4 搭 焊 正 反 - l- I _ 1 “ l 、I = =l J l 1 - - _- 2 0 0 4 3 0 上 子 制 、 M 1 48 上 下 翼 现 浇 柱 璺 Q Q一 ( c ) J 3 ( I 一 5 5 0 - D) 图 2工宇型钢连接节点 ( 单位 ： mm) F i g 2 C o n n e c t i o n J o i n t s o f I - s h a p e d S t e e l ( U n i t ： m m) 限承载力 ， 还是在滞 回曲线上 ， 差异并不 明显。同 样 ， 对于节点 J 5 ( I I 一 4 0 0 一 D) 和节点 j 6 ( I I 一 4 0 0 一 S ) ， 也 存在相 同的特征 。 由此可见 ， 无论采用何种梁端连接方式 ， 只要保 证施工质量 ， 均能保证梁端 良好 的连接性能 。相 比 而 言 ， 梁纵 筋直 接搭 焊 施 工 简 单 ， 用 材 少 ， 更 具 有 推 梁 纵 筋 与端 板 穿孔 塞焊 板焊接 预制梁 ) X 1 80X 6 、 医 、 2 5 Omm 删 工 皿陆 、 预 制 梁 钢 骘 1 60X 3 60X 1 2 现 浇柱 角钢L 8 0 X8 0 8 A A截 面 图 3 组合角钢连接节点 F i g 3 Co n n e c t i o n J o i n t s o f C o mb i n e d An g e l S t e e l 1 M1 4X 8 O 栓 M 1 4 X 8 0 栓 钉 正 反面 共1 ： 上 下 翼 缘 各 2 排 _ 一 _ l= ： ： l 圆l l 圜K ： 1 - _ _ I 量 5 0 双 板 型钢、 现 浇柱 1 璺 Q - l ( a ) J 5 ( I I - 4 0 0 - D) M 1 4 X 8 0 M1 4 X 8 O 栓钉 正反 面 共 搭焊 ： ： ： l l： ： ： ： I I l 幽l 仁 芒 ! I - _ 嵩钢 腹 板 型钢 、 M 上 1 下 4x 翼 8 缘 0 X1 2 现浇 柱 Q 1 ( b ) J 6 ( I I 一 4 0 0 一 S ) 翼 内垫板厚6 mm 1 - 1 截面 i o o o o 1 鞘王 三 H 三 I ( c )双 腹 椒 型 铡 节 点 迁 援 部 件 图 4 双腹板工字型钢连接节点 ( 单位 ： mm) F i g 4 C o n n e c t i o n J o i n t s o f I I s h a p e d S t e e l( U n i t ： mm) 广应用价值。 4 2 梁截面高度的影响 预 制节 点 J 3 ( I 一 5 5 0 一 D) 采 用 与 节 点 J 1 ， J 2相 同 的工 字 型钢 连接 ， 并在 型钢 上下 翼缘 增加 栓钉 ， 同时 梁截 面 高度 增加 到 5 5 O mm。 由表 2和 图 1 0可 见 ， 由于梁截面高度的增加 ， 梁刚度明显增大， 节点的极 限承 载力 有所 增 加 ， 并 且试 验过 程 中 ， 梁 柱节 点核 心 童 面 如 一 截 O 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 曹 杨 ， 等： 新型装配式混凝土框架型钢节点试验 2 1 表 2 节点各 阶段 力学特征及破坏形态 Ta b 2 M e c ha ni c a l Cha r ac t e r i s t i c s a nd Fa i l u r e M o de s o f S pe c i me ns i n Di f f e r e nt Pha s e s 受弯开裂荷 核心 区斜裂缝开裂 核心区斜裂缝开裂 正向极限承载 反 向极 限承载 节点编号 破坏形态 载 P k N 荷 载 P 5 k N 位移 A j mm 力 P k N 力 P i k N J 0 1 5 0 3 4 0 8 7 0 8 4 1 核心区( 中部) 剪切破坏 J 1 1 4 0 3 5 ( 荷载加载阶段) 1 0 7 6 1 1 0 9 核心区 ( 近梁端) 剪切破坏 J 2 1 6 0 3 5 ( 荷载加载阶段) 1 1 2 7 1 0 5 7 核心区( 近梁端) 剪切破坏 J 3 2 7 0 3 0 ( 位移加 载阶段 ) 1 2 2 8 1 1 4 5 核心区( 近梁端) 剪切破坏 J 4 2 O 0 3 5 ( 荷载加载阶段) 8 7 3 8 O 0 拼装段混凝土保护层受压破坏 J 5 1 3 8 3 5 ( 荷载加载阶段 ) 8 1 6 5 5 2 拼装段保护层混凝土粘结 、 受压破坏 J 6 1 8 O 3 5 ( 荷载加载阶段 ) 7 3 4 6 0 1 拼装段保护层混凝土粘结 、 受压破坏 1 5 O l O O 5 O Z 0 一 5 O l O O l 5 O 5 o V 1 5 _o = 二 0 ram ( d ) J 3 ( I - 5 5 0 - D ) A mm ( e ) J 4 ( L - 4 0 0 - S ) ram ram ( D J 5 ( I I - 4 0 0 - D ) ( g ) J 6 ( I I - 4 0 0 - s ) 图 1 4 节点滞回 曲线 F i g 1 4 Hy s t e r e s i s Cu r v e s o f J o i n t s 发展 比较充分 ， 滞回曲线较饱满 ， 而加载后期 由于核 心 区出现斜 裂缝 发 生剪 切 变 形 ， 梁 装 配 区接 头裂 缝 较宽且发生相对错动， 或型钢翼缘与核心区周边混 凝 土间 的粘结一 滑移破坏 ， 滞 回曲线 的坡度越来越 平 ， 出现 了滑移 段 ， 再 经 过一 段 很 长 的 滑移 之 后 ， 荷 载才 有所上 升 ， 呈现倒 S形 。由此可 见 ， 型钢连 接节 点耗能特性及延性明显优于标准现浇节点。 4 4耗 能性 能分析 节点试件的耗能性能是评价一个试件抗震性能 的重要指标。试件 的耗能能力一般通过荷 载一 位移 曲线的面积进行衡量 。文献 1 6 给出了能量耗散系 数 E来反 映试件 的耗能能力 ， 其计 算示意如 图 1 5 所示 ， 表 达式 为 E一 式 中 ： S 删， c E为 滞 回 环 B MF C NE 围 成 的 面 积 ； S 眦 ， S D 0 F 分别 为 AAO E， DO F 的面积 。 取最大位移 幅值第 1次循环 时的荷 载一 位移 曲 线进行分析 ， 由此计算各节点对应的耗能系数 ， 具体 数据见表 3 。由表 3可知 ， 节点 J 1 J 6的能量耗散 系数 E均远 大于标 准现浇节点 能量耗散 系数 E。 。 由此可见 ， 本文提出的型钢节点耗能性能优于传统 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 2 建 筑科 学与 工程 学报 2 0 1 6血 r ， A B ， O D E 图 1 5 能量耗散 系数计算 示意 Fi g 1 5 Ca l c ul at i o n Di a g r a m o f En e r g y Di s s i pa t i o n Co e f f i c i e nt 表 3 节点能量耗散 系数 T a b 3 E n e r g y Di s s i p a t i o n C o e f f i c i e n t s o f J o i n t s 节点编号 S B M F C N E S A A O E +S Ar F E E E o J O 1 6 6 0 4 4 O 2 9 3 0 41 2 1 0 0 J 1 8 1 1 7 2 9 6 8 6 4 0 8 3 8 2 03 J 2 7 0 7 1 1 8 2 8 5 2 0 8 5 4 2 07 J 3 6 8 0 5 8 7 3 3 4 6 0 9 2 8 2 2 5 J 4 8 6 6 2 8 1 0 5 1 7 0 0 8 2 4 2 O 0 J 5 4 7 6 2 1 5 5 5 1 5 0 8 5 8 2 0 8 J 6 5 3 0 8 8 5 0 4 9 6 1 0 51 2 5 5 的钢 筋混 凝 土节点 ， 有 利 于节点 抗震 设计 。 4 5各 阶段破 坏形 态分 析 结合表 2和图 7 1 3可见 ， 各节点破坏形态表 现出明显 的差异 ， 7个试件中有 4个试件 包括标准 试件 ， J l ( I 一 4 0 0 一 D) ， J 2 ( I - 4 0 0 一 s ) ， J S ( I - 5 5 0 一 D) 主要 破坏 形 态 是 节 点核 心 区 破 坏 ， 另外 3个 试 件 F J 4 ( I 一 4 0 0 一 S ) ， J 5 ( I I 一 4 0 0 一 D) ， J 6 ( I I 一 4 0 0 一 s ) 的最终破 坏形 态为节点连接处混凝土保护层型钢与混凝土粘结破 坏。根据结构抗震设计 的“ 强柱弱梁、 强剪弱弯、 强 节点 弱构 件 ” 原则 ， 进 行结 构设 计 时应避 免结 构在 地 震作 用下 节 点核 心 区 域发 生 破 坏 ， 而是 希 望 通 过 适 当控 制梁 柱 的刚度 比以及 梁柱 相较 于节 点核 心 区域 的 刚度 比 ， 将结 构 破坏 区域 控制 在梁 端 ， 以 防结 构 在 地震作用下倒塌 。从这一角度出发， 节点 J 4 ， J 5 ， J 6 的破坏形态更有利 于结构抗震 ， 更符合结构抗震设 计理念。 4 6 极 限 承载 力分 析 由表 2可知 ： 装配式节点 J 1 J 3的极限承载力 明显大于标准现浇节点 ， 其 中节点 J 1 ， J 2的承载力 增长超 过 3 0 ， 节 点 J 3承载 力 增 长最 大值 超 过 4 0 ， 说明梁柱节点处采用工字型钢代替钢筋能够 显著提高节点的极 限承载力 ； 节点 J 4的极限承载力 与标准现浇节点相当 ， 说 明采用角钢构架连接梁柱 节点至少在极限承载力上能够达到与标准现浇节点 相 当 的效 果 ； 节点 J 5 ， J 6的极 限 承载 力 在拉 、 压 2个 阶段表现出明显的差异， 受拉极限承载力 略低 于现 浇节点 ， 而受压极限承载力则有明显下降 ， 最大降幅 达 3 0 。 当加载过程 中位移值达 9 0 mm时 ， 由节点 J 1 J 3的荷载一 位移滞 回曲线可知 ： 各节点均基本达到最 大 承载 力 ， 因发 生核 心 区混凝 土剪 切破 坏 ， 承载 力相 对较高 ； 节点 J 4 ， J 5 ， J 6滞 回曲线滑移段更 长， 因拼 装区发生受压破坏 ， 承载力相对较低 ， 荷载均降低到 最 大承 载力 的 8 5 以下 。 5 结语 ( 1 ) 本文采用的 2种预制梁端型钢与梁纵 筋连 接方式 ( 搭 焊 和预 制板 塞 焊 ) 对 节 点 性 能影 响不 大 ， 相 比而言 ， 搭焊 施工 更 为简单 ， 更 节省 材料 。试 验 结 果表明， 通过增大梁截面高度 的方式来改进节点的 力学性 能 十分 有 限 。 ( 2 ) 4 0 0 ( 5 5 0 )mm 高工 字 型 钢 节 点 ( J 1 ， J 2 ， J 3 ) 破坏形态为核心区混凝土( 靠近梁端) 因缺少有效约 束而发生的剪切破坏， 这对结构整体抗震十分不利 。 由于此 类 节点 的极 限 承 载 力 有 明 显提 高 ， 可考 虑通 过调整 型 钢刚度 改 善节 点性 能 。 ( 3 ) 4 0 0 mm 高双 腹 板 工 字 型 钢 节 点 ( J 5 ， J 6 ) 破 坏形态 均 为拼装 处 型钢 翼缘 钢板 与其 外侧 混凝 土 发 生粘结和受压破坏而脱落， 承载力有所下降， 为标准 现浇节 点 的 8 0 9 6 左 右 。由 于 考 虑 到 此 类 节 点 破 坏 形 态 主要 发生在 梁 端 ， 对节 点 抗 震 有 利 ， 因此 ， 节 点 有改进 及 应用 价值 。 ( 4 ) 组合角钢连接节点 ( J 4 ) 的破坏主要发生在 梁端 ， 滞回曲线较为饱满 ， 并且承载力降低不 明显 ， 是十分具有深入研究和应用价值的节点类型。 ( 5 ) 通 过 比较研 究各 节点 的耗能性 能 可 以发现 ， 预制装 配式 型 钢节 点耗 能系 数 明显大 于标 准现 浇 节 点 ， 有效 展 示 了通过 有 意 识 地 弱 化 节 点邻 近 区域 刚 度 而改 善节 点抗 震性 能 的装 配式 节点 设计 理念 。 ( 6 ) 在本文试验的 6个装配式节点中， 节点 J 1 ， J 4 ， J 5更具有进一 步深入研究 和推广应用潜 力 ， 只 需在其基础上进一步优化设计即可形成安全、 经济 、 适 用 的新 型装 配式 节点 。 参考 文献 ： Re f e r e n c e s ： r 1 I VERS ON I K， HAW KI NS N MP e r f o r ma n c e o f 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 2期 曹 杨， 等： 新型装配式混凝土框架型钢节点试验 2 3 2 3 4 5 6 7 8 E 9 Pr e c a s t Pr e s t r e s s e d Co n c r e t e Bu i l d i n g S t r u c t u r e s D u r i n g N o r t h r i d g e E a r t h q u a k e J P C I J o u r n a l ， 1 9 9 4， 3 9 ( 2 )