探究高層建筑結(jié)構(gòu)邊節(jié)點抗震性能

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1試驗概況

1.1試驗構(gòu)件設(shè)計和制作

邊節(jié)點試驗構(gòu)件取用承重框架梁柱反彎點之間的一個平面組合體，即“T字形”試件。為有效保證試件的澆筑質(zhì)量和垂直度，并與工程實際相符，全部試件均采用鋼模板、立模澆筑。邊節(jié)點構(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，箍筋采用HPB235級。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度相同。為防止柱頭破壞，柱上、下兩端箍筋加密；節(jié)點核心區(qū)按照抗震要求對箍筋進行了加密處理。本次試驗共包括7根試件，詳細的試驗構(gòu)件概況如表1所示，構(gòu)件的尺寸和配筋圖示，節(jié)點核心區(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，施工縫處澆筑時間間隔為2天（48小時）。

1.2試驗方法和加載裝置

采用低周反復試驗方法進行研究，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)倍為級差作為回載控制點，每一位移下循環(huán)3次。在實際框架結(jié)構(gòu)中，當作用水平荷載時，上柱反彎點可視為水平可移動鉸，相應(yīng)的下柱反彎點可視為固定鉸；而節(jié)點兩側(cè)梁的反彎點可視為水平可移動鉸。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，這時梁能夠左右移動而上下受到約束，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荷載或位移，此時邊界條件變?yōu)樯舷轮磸濣c為不動鉸，梁反彎點為自由端。本次試驗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行試本次試驗在東北電力大學結(jié)構(gòu)試驗室進行，采用美國MTS公司生產(chǎn)的MTS液壓式伺服加載系統(tǒng)進行試驗，采用MTS動態(tài)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集。試驗自行設(shè)計了加載裝置，豎向加載裝置由反力架和1000kN數(shù)控電動液壓伺服作動器組成，水平加載裝置由反力墻和500kN數(shù)控電動液壓伺服作動器組成。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)置了帶有滾動軸的墊板，墊板上部為可轉(zhuǎn)動的油壓千斤頂，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但是不能垂直移動。試驗加載裝置示意圖如圖2所示。

2邊節(jié)點試驗結(jié)果與分析

2.1破壞現(xiàn)象

邊節(jié)點構(gòu)件BZ1為節(jié)點核心區(qū)采用梁中混凝土強度的構(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)點核心區(qū)只有少量細小的裂縫出現(xiàn)，沒有明顯破壞。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的柱子和梁的實際配合比相差2個強度等級，說明當梁柱強度等級相差較小時，節(jié)點能夠滿足抗震設(shè)計要求。當延伸長度為0.5h時，出現(xiàn)裂縫的范圍較小；當延伸長度為1.5h時，出現(xiàn)裂縫的范圍較大；延伸長度為h時，裂縫的范圍居兩者之間；同時，只有延伸長度為0.5h時，在梁的根部出現(xiàn)了破壞裂縫。從開裂荷載上看，延伸長度為1.5h的構(gòu)件開裂荷載最大，說明延伸長度對梁的開裂荷載有一定的影響。節(jié)點核心區(qū)均未產(chǎn)生明顯的破壞，這是由于所有構(gòu)件均采用了“強節(jié)點，弱構(gòu)件”的設(shè)計原則，節(jié)點核心區(qū)的箍筋做了加密，采用了柱子的混凝土強度澆筑節(jié)點核心區(qū)；與梁和柱子相比較，節(jié)點具有更好的抵抗低周反復荷載的能力。

2.2骨架曲線和滯回曲線不同軸壓比和不同延伸長度下，邊節(jié)點核心區(qū)采用柱子混凝土強度的構(gòu)件骨架曲線對比。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，延伸長度對骨架曲線的形態(tài)、屈服荷載和最大荷載都沒有顯著影響，而延伸長度為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)點存在一定量的滑移。其余邊節(jié)點構(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)點構(gòu)件的試驗結(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，延伸長度為1.5h時的延性性能最好，為3.26；延伸長度為h時的延性性能稍差，為3.11；延伸長度為0.5h時的延性性能最小，為2.53；延伸長度對屈服荷載和最大荷載沒有顯著影響。在0.5軸壓比下，延伸長度為h時的構(gòu)件延性性能最好，為2.73；為1.5h時的延性性能稍差，為2.41；為0.5h時的延性性能最小，為2.38。從試驗結(jié)果可見，延伸長度為0.5h時，延性性能最差，隨著延伸長度的增加，延性性能增大。延伸長度為1.5h時的試件最大荷載略高于其他構(gòu)件，延伸長度對屈服荷載沒有顯著影響。從試驗結(jié)果可以看出，當構(gòu)件所承受的軸壓比較低時，即使梁柱邊節(jié)點核心區(qū)采用強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)點核心區(qū)采用柱子混凝土強度的構(gòu)件。

3結(jié)論

（1）從破壞現(xiàn)象上看，試驗構(gòu)件的破壞均為梁端的受彎破壞。當構(gòu)件所承受的軸壓比較低時，即使邊節(jié)點核心區(qū)采用強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）從試驗結(jié)果上看，柱子中高強混凝土在梁中的延伸長度為1.5h時的承載能力和開裂荷載最大，延伸長度對屈服荷載沒有顯著影響。

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

作者：魏春明 馬瀟瀟 趙星海 趙強 陳建華 單位：北電力大學建筑工程學院 東北電力大學能源與動力工程學院