浅谈钢纤维混凝土框架节点抗震性能

李宁瑞

南京龙源环保有限公司 江苏南京 210000

1 试验概况

设计了三个混凝土梁柱节点标本，但核心区域并不完全由箍筋组成。其中，试件ZJ1是现浇普通钢筋混凝土试件，试件ZJ2和ZJ3是包括预制梁，预制柱和梁-柱连接区域的组装混凝土接头测试件。柱和梁的横截面尺寸分别为400mm×400mm和250mm×500mm，柱的纵向钢筋为12根HRB400钢筋，梁的纵筋为6根HRB400钢筋。试样ZJ2预制柱中心先埋设工字梁，工字梁模型是I-36a，材料是Q235B，从梁伸出的纵筋直接焊接到工字梁上。样品ZJ3预制柱的侧面嵌有300mm×400mm×20mm的夹板，而在预制柱的中间嵌有750mm×300mm×10mm的钢板，同时将钢板焊接到端板上。腹板通过焊接到嵌入板上的连接板与10.9高强度螺栓连接。板件尺寸为250mm×165mm×8mm。同时，将钢纤维混凝土浇注到试样的ZJ2和ZJ3节点的核心区域和注入后的区域中，体积百分比含量为1%[1]。

2 破坏特征

图1 现浇普通混凝土梁柱中节点和装配式梁柱中节点的破坏图

可以在图1中看到：现场浇筑的混凝土接头样本ZJ1和组装的混凝土接头样本ZJ3最终会在接头的核心区域导致剪切破坏，而组装的混凝土接头样本ZJ2是典型的梁端弯曲破坏。由于试件ZJ2的工字梁穿透节点的核心区域，并且节点核心区域的刚度较大，因此I型钢可以在节点的核心区域均匀地传递力，因此节点的核心区域保持良好的完整性。该构件的预制梁的钢筋直接焊接到预制I形梁上，连接刚度迅速变化，并且塑料铰链已完全展开。通过采用新的组装连接工字梁，塑性铰链可以移出。保证了接头的完整性，最后出现了一种形式的梁端弯曲故障[2]。

与ZJ1相比，不带钢纤维的现场混凝土节点标本使用I型钢连接，而核心节点标本ZJ2核心区域的裂缝在节点核心区域和注入后区域精细，致密，并且梁端连接实现了``强柱弱梁''的原理，因为该区域裂缝很少，梁与工字钢的纵向钢筋焊接位置处有塑性铰链，节点的核心区域没有明显的剪切误差。随着位移的增加，塑料铰链会更加严重地变化。与现场浇筑的混凝土接头样本ZJ1相比，组装的混凝土接头样本ZJ3最终在接头的核心区域发生剪切破坏，但是在核心区域添加钢连接器和钢纤维可以更有效地传递力。减少了发生，节点的剪切变形大大改善，左右梁的裂缝宽度和节点的核心区域大大减少，钢板和端板之间的连接大大增加了接缝。同时，如果成本增加几十元，可以在节点的核心区域添加钢纤维，显着减小裂缝宽度，提高节点的性能。与组装的混凝土接头试样ZJ2和ZJ3的破坏模式相比，ZJ3的连接形式的改善效果不如ZJ2的效果理想。

3 试验数据结果及分析

3.1 滞回曲线

在加载的初始阶段，所有试样的载荷-位移磁滞曲线几乎是线性的，并且磁滞回线面积很小，表明测试梁和柱的节点处于弹性阶段。如果负载继续，则磁滞曲线会随着样本进入弹性体烧结阶段而非线性变化，并且随着负荷的增加，磁滞回线的面积会继续增加，表明样本的能量消散能力会增加。最后，在试样达到最大载荷后，卸载后的残余应变随着载荷位移的增加而增加，但载荷逐渐减小。

图2 每个样品在梁末端的载荷-位移曲线

3.2 荷载位移骨架曲线

比较预制的高强度钢筋钢纤维混凝土梁柱接头样本ZJ2和ZJ3，样本ZJ2的最终载荷在正向加载时略高于样本ZJ3，在反向加载时的局限性载荷比试样ZJ3高9%，这表明通过工字梁连接的预制接头具有较高的梁端弯曲能力。达到极限载荷后，试样ZJ3的加固范围更长，平台部分越长，曲线越低，试样ZJ2的载荷急剧下降。同时，试样ZJ2的平均损伤位移比试样ZJ3的平均损伤位移高约4%，这表明用工字梁连接的预制接头具有较高的变形能力。

3.3 刚度退化曲线

刚度定义为磁滞曲线的峰值点处的载荷值与磁滞曲线的峰值点处的相应位移值之比。

通过比较三个中间节点试样的刚度劣化曲线，当沿正向和反向方向加载时，高强度钢纤维混凝土梁-柱节点试样ZJ2和ZJ3比现场混凝土接头试样ZJ1具有更高的强度劣化曲线。会看到它更柔软且刚度性能较低。在正向荷载作用下，在节点的核心区域添加工字梁的装配好的混凝土接头样本ZJ2的刚度下降比使用钢板和端板焊接到节点核心区域的组装混凝土的接头样本ZJ3的刚度下降要强。以后，如果变形能力大，则表明在节点的核心区域添加工字梁可能会减慢接头试样的刚度退化。当施加反向载荷时，在混凝土接头芯区域内具有工字梁接头的已组装混凝土接头试件ZJ2的刚度劣化率降低，焊接钢板和端板的试件ZJ3相似[3]。

4 结语

对于在节点核心区域中结合工字梁的试件以及在节点核心区域中焊接有钢板和柱侧预埋件的测试件，在节点核心区域添加钢制连接器以提高整体刚度并确保节点同时，钢连接器可以均匀地传递力，并提高了试样的最终载荷，滞后能力和能量耗散能力，减缓了刚度的下降，从而改善了预制接头的抗震性能。与两种组装节点相比，工字梁连接的节点不仅具有更高的最终载荷，应变能力和能量耗散能力，而且具有更好的滞后性能，较慢的刚度退化性能和更高的梁旋转能力。