再生混凝土框架中间节点延性及耗能分析.pdf

新 建巍 全 国 中 文 核 心 期 刊 再生混凝土框架中间节点延性及耗能分析 贾胜伟 ， 李晓文， 刘超 ( 西安建筑科技大学 土木工程 学院， 陕西 西 安7 1 0 0 5 5 ) 摘要 ： 对再生粗骨料取代率分别为0 、 5 0 、 1 0 0 的3榀再生混凝土框架中间节点在低周反复荷载作用下的试验研究， 根据不 同框架节点的破坏形态、 滞回曲线 的对 比分析 ， 研究 了在模拟地震作用 下再生混凝土 节点的滞 回特性 、 延性 、 耗能性 能等 问题 。研究 表 明， 再生混凝土节点的破坏过程和普通混凝土相类似 ， 再生混凝土节点 的延性 和耗 能性能与普通混凝土接近 ， 说 明再生混凝土可 用于有抗震设防要求 的框架 节点中。 关键词 ： 再生混凝土： 框架节点； 延性； 耗能性能 中图分类号： X 7 9 9 1 ， T U 3 7 5 4 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 0 ) 0 8 0 0 0 7 0 4 An a l y s i s o f t h e d u c t il i t y a n d e n e r g y d i m i p a fi o n o f t h e r e c y c l e d c o n c r e t e f r a me j o i n t s J I A S h e n g we i ， L I Xi a o we n ， L I U C h a o ( S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g Xi a n Un i v e r s i t y o f Ar c h i t e c t ur e Te c h n o l o g y， Xi a n 71 0 0 5 5， S h a a n x i ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t h i s p a p e r ， t h e s e i s m i c b e h a v i o r of 3 - s c a l e d f r a m e j o i n t s w i t h r e c y c l e d a g g r e g a t e i s s t u d i e d u n d e r l o w f r e q u e n c y r e v e r s e d l a t e r a l l o a d i n g T h e ma s s r a t i o o f r e c y c l e d c o a r s e a g g r e g e t o t h e wh o l e c o a r s e a g g T e e i s 0， 5 0 a n d 1 0 0 r e s p e c t i v e l y A c c o r d i n g t o c o m p a r a t i v e l y i n v e s t i g a t i o n o n t h e f a i l u r e f e a t u r e s and t h e h y s t e r e s i s l o o p s o f d if f e r e n t f r a m e j o i n t s ， h y s t e r e s i s c h a r a c t e ris t i c s ， d uc t i l i t y ， e n e r g y d i s s i p a t i o n a n d o t h e r i s s u e s u n d e r s e i s mi c l o a d s are s t u d i e d Th e t e s t an d an a l y s i s s h o w t h a t t h e f a i l u r e p r o c e s s o f t h e r e c y c l e d c o n c r e t e f r a me j o i n t s i s s i mi l ar t o t h a t of t h e o n gin c o n c r e t e f r a me j o i n t ， and t h e i r d uc t i l i t y and e n e r g y d i s s i p a t i o n are c l o s e t o e a c h o t he r S o i t i s c o n c l u de d i n t h i s pa p e r t h a t t h e r e c y c l e d a g g r e g a t e c o n c r e t e c a n b e a p p l i e d i n f r am e j o i n t s w i t h s e i s m i c r e s i s t a n t r e q u i r e m e n t Ke y WO r d s ： r e c y c l e d c o n c r e t e ： f r a me j o i n t ： d u c t i l i t y ； e n e r g y d i s s ip a t i o n 再生混凝土是将废弃混凝土清洗、 破碎、 分级后按一定比 例配合作为部分或全部骨料配制的混凝土l 1 _ 。再生混凝土技 术以废弃混凝土的回收再利用为特征，如果能在建筑工程中 加以利用，对于缓解我国目 前砂石资源日渐枯竭的状况意义 重大。因此， 对再生混凝土结构或构件的研究很重要， 笔者对 再生混凝土框架中间节点做了相关研究。 目 前， 国内外对再生 混凝土框架节点做的相关研究有： 文献f 2 1 对再生骨料混凝土 粱柱节点在反复荷载作用下的抗震性能进行了初步试验研 究； 文献【 3 】 研究了再生骨料取代率分别为0 、 5 0 、 1 0 0 的再 生混凝土梁一 柱边节点在恒定竖向轴压荷载和水平低周反复 基金项 目： 国家科技部科技支撑计划项 目( 2 O O 8 B AK 4 8 B 0 5 ) 陕西省 自然科学基础研究计划 重点项 目( 2 0 0 9 J z 0 1 2 ) 收稿 日期 ： 2 0 1 0 0 3 1 7 作 者简介 ： 贾胜伟 ， 男 ， 1 9 8 5年 生， 河南洛 阳人 ， 硕 士研究 生， 主要 从 事再生混凝土研究。 地址 ： 西安市西安建筑科技大学 2 3 3信箱 ， E m a i l ： 2 8 9 2 0 51 6 6 q q c o rn。 荷载作用下的抗震性能。针对再生混凝土框架中间节点研究 很少的现状，笔者做了一组再生混凝土框架中间节点在低周 反复荷载作用下的试验研究。通过对3 榀不同再生粗骨料取 代率的框架中间节点在低周反复荷载作用下的反应，来探讨 再生混凝土框架节点的延性和耗能性能。 1 试验概况 1 1 试件设计 试验主要考虑再生骨料取代率的变化对混凝土框架节点 抗震性能的影响，设计再生粗骨料取代率分别为O 、 5 0 、 l o 0 的框架中间节点3 榀。 为研究节点核心区的受剪承载能 力， 各试件均按“ 强构件， 弱节点” 的原则进行设计， 即保证梁 和柱的抗剪承载能力均大于节点核心区，以使节点核心区发 生剪切破坏。 各试件截面尺寸及配筋均相同， 如图1 所示。 试 验所用粗骨料的性能指标如表 1 所示。 强度等级按C 3 0 进行 配制， 配合比及9 0 d 实测强度如表2 所示。采用H R B 3 3 5 级 钢筋， 实测强度达到要求。 NE W BUI L Dl NG MAT E RI AL S 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 贾胜伟， 等： 再生混凝土框架中间节点延性及耗能分析 1 - 1 2 2 图 1 试件尺寸及配筋示意 表 1 粗骨料的性能指标 表 2 混凝土的质量配合 比及 9 0 d实测强度 再生骨料 水泥： 水： 砂子：天然 立方体抗压 轴心抗压 钢 取代率 骨料： 再生骨料 强度 MP a强度 MP a 1 2 试验加载及测量内容 再生混凝土框架节点抗震性能试验采用拟静力加载， 试 验在西安建筑科技大学结构与抗震实验室进行。节点加载方 式采用柱端加载方案，以考虑轴压力下不可忽略的尸 _ 效 应， 柱顶轴压荷载由反力梁和液压千斤顶施加， 标准轴压比为 0 1 5 。 水平低周反复荷载由电 液伺服作动器施加， 试验数据由 1 0 0 0 通道7 V 0 8 数据采集仪采集， 试验全过程由M 2 8 0 1 伺服 控制器及微机控制，试验加载装置如图2 所示。试验采用荷 载一 位移混合加载制度川 。 主要量测内容有： ( 1 ) 每级水平循环加载中， 试件柱端水 平荷载的大小及其相应位移； ( 2 ) 节点核心区的剪切变形； ( 3 ) 梁柱塑性铰区段的转角； ( 4 ) 梁柱的相对转角0 ； ( 5 ) 节点核心 8 新型建筑材料 2 0 1 0 8 | l l I反 力 粱 鲥 作动器 _ 传 感 器 斤 顶 传 感 器 反 位移计 力 垫板 墙 门 f 一 架 架 l i 平 面 铰 且 门 凸 传 感 器 8 链杆 -C ) j4 图 2 节点试验加载装置 区的混凝土应变； ( 6 ) 梁、 柱纵向钢筋应变和箍筋应变， 测点位 置如图3 所示； ( 7 ) 荷载一 位移滞回曲线； ( 8 ) 观察节点混凝土 开裂、 裂缝发展与分布； ( 9 ) 观察节点的局部变形与破坏； ( 1 0 ) 测定节点的抗剪承载力。 厂 1 1 I l _ I l l I I I _ 一 _ 一 一 _ 一 I I I 。 1 图 3钢筋应 变测点布置 2 试验结果及分析 2 1 试验现象 通过试验观察发现，再生粗骨料取代率为5 0 和 1 0 0 的再生混凝土节点的破坏现象和普通混凝土节点的破坏过程 类似， 都经历了初裂一 通裂一 极限一 破坏4 个阶段： ( 1 ) 初裂。 加 载初期， 结构处于弹性工作状态， 随着荷载增大， 在梁上靠近 节点核心区的地方先出现弯曲裂缝，然后出现伸向节点核 心区的裂缝，在加载到7 O 一 8 0 k N时，节点核心区出现第1 条斜裂缝， 此时的荷载即为开裂荷载； ( 2 ) 通裂。随着水平往 复荷载的施加， 在节点核心区出现多条交叉斜裂缝， 将核心 区分割为若干菱形小块，然后形成一对贯通节点核心对角 线的主斜裂缝， 结构处于弹塑性阶段； ( 3 ) 极限。 通裂后荷载 继续增加， 水平荷载增加很小而位移出现大的增长， 核心区 裂缝明显加宽， 结构处于塑性流动阶段， 当水平荷载P达到 T 引 生 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 贾胜伟， 等： 再生混凝土框架中间节点延性及耗能分析 最大值， 这一阶段结束， 同时， 节点的水平抗剪承载能力也达 到最大值； ( 4 ) 破坏。水平荷载达到最大后， 随着位移继续增 大， 荷载开始下降， 核心区混凝土大块剥落， 水平抗剪承载能 力下降， 剪切变形增大， 当水平荷载P下降到最大荷载值的 8 5 nA 后， 节点破坏。 3 个试件各阶段的特征值见表3 ， 节点的 破坏形态见图4 。 表 3 3 个试件在各阶段 的特征值 ( b ) J 一 5 O 图 4 节点的破坏形 态 2 2 荷载一 位移滞回曲线及骨架 曲线 各试件的荷载一 位移滞回曲线如图5 所示。滞回曲线的 特点： 加载初期滞回曲线基本沿直线循环， 卸载时几乎没有残 余变形， 表明节点处于弹性工作阶段。随着荷载的增加， 节点 达到屈服。 当由荷载控制循环改为由位移控制循环后， 荷载不 增加或增加很小， 而位移增长很大，滞回曲线的坡度越来越 平， 出现滑移段， 在经过一段滑移以后荷载才有所上升， 同时 1 OO i 5 0 J ， ， ， 嘣 嵋 6 6 o 8 0 1 A m m ( a ) J - 0 3 个试件的骨架曲线对比如图6 所示。 在卸载的时候残余变形也有所增加，滞回曲线表现为较为明 显的倒S 形。这是由于节点的破坏类型均为节点核心区的剪 切破坏， 节点区出现斜裂缝， 发生剪切变形， 同时梁纵筋在节 点核心区出现粘结滑移， 节点刚度退化。 在水平荷载达到极限 以后， 节点残余变形越来越大， 刚度和强度的退化速率加快。 滞回环表现为明显的倒S 形。 l0 O 5 0 。 易 I) 【】 一 勃 0 8 0 1 A m m ( b ) J 一 5 O 图5 荷载一 位移滞回曲线 VV 1 0 0 一 5 0 l l l n 0 0 8 0 6 0 4 0 - 2 0 ， ) 2 0 4 O 6 0 8 O l 0 l 图 6 骨架曲线对 比 1 O 0 5 0 ， 爹 一 6 0 8 0 1 A m m ( C ) J 一 1 0 0 从形态上看， 3 榀框架节点的曲线相似， 再生粗骨料取代 率为5 0 、 1 0 0 的框架节点和普通混凝土一样，都出现明显 的拐点， 有明显的屈服阶段， 再生骨料取代率为 l o 0 的框架 节点表现得尤为明显。从水平抗剪承载能力上看， 再生混凝 土框架节点的水平抗剪承载能力和普通混凝土相当。 2 - 3 延性和耗能性能 节点的延性是反映节点非弹性变形能力的一个度量指 标， 各试件的延性系数如表4 所示， 位移延性系数 按式( 1 ) 计算5 1 。 N E W BUI L DI NG MAT E RI AL S 9 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