PC 结构混凝土柱抗震性能试验研究

郭向阳

（内蒙古电力勘测设计院有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010010）

装配式混凝土，简称PC 结构。PC 结构跟现浇混凝土结构相比，其框架更加节省施工时间，可以降低人工劳动的强度，并且也能够减少人工消耗方面的经费，比较方便现场的作业，可以有效加快工程的施工进度，并且也有利于节能环保。简而言之，PC结构属于一种绿色环保的结构。但是由于自然灾害使PC 结构出现框架破损甚至倒塌的情况，比方说唐山大地震以及土耳其大地震等等。通过研究发现，PC 结构框架之所以会出现破坏，或者是坍塌，主要是因为PC 框架整体是比较牢固的，但是其节点部位是非常弱的，节点部位的支撑强度不够造成PC 建筑坍塌的一个主要原因，为了能够更好地提高PC 节点部位的抗震性能，CHEOK 等对其进行相关的研究，并且重点研究装配式的节点以及现浇式的节点。通过研究发现装配式的节点有非常高的位移性，其预应力筋有效提高装配式节点的耗能能力。

1 试件设计与制作

李向民等[1]对节点的核心区域的高延性进行反复的实验，通过结果可以发现，装配式的节点位移性要比现浇式的节点位移性更大。因此装配式的变形能力会大大提高。杨俊芬等专家学者通过对h 型梁柱之间的节点进行拟静力实验，发现如果当压轴比在0.2~0.4 之间时，整个装配式结构的节点的抗震性能是最好的，李俊杰等提出使用角钢代替耗能元件使用在PC 节点当中，通过实验研究可以发现，这种节点的耗能性是比较好的，并且变形也是比较小的。

我国的装配式混凝土结构技术规程当中已经明确了要求，首先要选取一个比较可靠的预制构件钢筋。然后使用预制构件跟后浇混凝土二者相结合的施工办法，通过合理的节点构造措施，然后将装配式的构件变成一个整体性的构建，这样可以保证装配式的结构跟现浇混凝土的结构有更加相同的整体性以及承载力，装配式的结构在经过改造之后跟现浇混凝土能够达到一样的效果。在相关规定当中就已经有所说明。在两处节点上使用套管连接。然后在柱底使用灌浆处理办法。可以使用直线锚固或者是机械锚固，这种办法完成梁柱节点的断开，梁柱的直线锚固跟弯折锚固都存在一定的问题，都会导致其变得更加的密集，而机械锚固会使我们能够工作的面积变得更小，所以在施工时可能会有一定的负担，并且还会影响工程的质量。在力的反复作用之下，其接缝位置可能会出现开裂的情况，导致整个梁柱变得难以修复。PC 结构的节点在受力的时候具有很强的复杂性，并且其节点区域的施工难度比较大，很难保证质量以及在震后是否能够修复。依据上述问题的提出，在本文当中主要介绍新型的PC 节点连接方式，这种方式可以提前对这些节点进行预制，在连接时用的是套管灌浆。利用这样的方式，在框架当中，本来薄弱的一些区域就会被转移到整个框架的中间部位。本文提出来的PC 结构如图1 所示，在图1 中，画有虚线的部分表示提前预置的节点，黑色的部分表示的就是它们叠合的地方。

梁柱节点区域是在预制厂内进行提前预制跟保养的，因此，其节点区域的抗震性会比现浇混凝土结构更加优越一些。但是节点结构的薄弱区域就在于柱和柱连接的部分。因此，我们需要研究PC 柱的抗震性能。

本文的研究对象是两层结构的首层中柱。为了能够采取对照实验，获得更加明确的数据，设计了一个轴压比是0.4 的PC 柱和一个作为对比性构建的现浇混凝土柱，柱的截面尺寸是400mm×400mm，高为3000mm，底座的尺寸是600mm×600mm×600mm。混凝土的强度是C30。纵向受力的钢筋为八根，直径为20mm。钢筋的保护层厚度为25mm。

图1 预制节点及叠全面

叠合的位置事先设置了两个深度为30mm，宽度为100mm的键槽。在浇筑前30min 的时候，在叠合的位置刷图一层粗糙剂。PC 柱在进行浇筑24h 之后再拆膜，然后使用高压水枪对制造出来的粗糙面进行冲刷。在完成套筒灌浆工艺的时候，需要在套筒的一侧注浆。一直到另外一侧溢出为止。为了避免我们在注浆的时候浆液里面出现气泡，导致注浆不够密实，因此我们在注浆30min 之后需要对凹陷的套筒进行第二次的注浆处理，预制柱的浇筑在28d 之后再对叠合的部位进行浇筑。

2 实验概况

在本次实验当中采用拟静力加载。为了消除水平位移会给实验带来的各种影响，因此我们在底部布置一个传感器。首先要把测试件固定好，然后在测试件的两端都设置一个止推装置。利用千斤顶向测试件增加一个竖向的压力。然后将轴压跟竖向压力保持恒定，在这个时候在柱顶跟千斤顶之间放一个压力传感器，增强反复荷载力，位移的加载每一级为6mm，除了第一级是加载一次以外，其他每一级都是两次，一直到最大承载值下降到85%就代表整个构件失效了。

3 实验现象

依据实验我们可以发现，PC 柱跟现浇柱的受力基本上是一样的，这两个柱子在受力的时候都是分为四个阶段。第一个阶段是开裂阶段，现浇柱的开裂值是30kN，PC 柱的开裂值是33kN，在刚开裂的时候，PC 柱跟现浇筑的开裂缝都呈现一个水平弯曲的状态。伴随着位移的不断扩大，其裂缝都是从柱底开始不断的向外延伸，然后慢慢的向着柱高方向发展。第二阶段是屈服阶段。位移值增加到8mm 的时候，PC 柱跟现浇筑的钢筋都出现了屈服的情况，而且裂纹开始不断扩大。第三阶段是峰值阶段，由于我们一直都在不断地循环力的作用，导致裂缝的深度跟宽度都在增加，而且两个柱子的侧面都出现了裂缝交叉的情况。但是没有再次出现其他新的裂缝。现浇柱的荷载峰值为90kN，PC 柱的荷载峰值为97kN，第四阶段为破坏阶段。无论是现浇柱还是PC 柱，其底部的混凝土都出现了不同程度的掉落，有一部分甚至出现箍筋的外露。在试件的承受能力下降到85%的时候，工作人员停止了实验，两个实验柱的破坏都属于弯曲破坏。

4 试验结果及其分析

4.1 滞回曲线

通过对比二者的水平荷载跟位移结果，可以发现PC 柱跟现浇柱的滞回曲线的发展趋势以及走向基本上是相同的。在初期，二者的滞回都处于弹性的状态，后来伴随着水平位移不断的扩大，滞回的面积也开始不断增大。在后期，混凝土受到了来自实验当中的力的不断累加，柱子的底部混凝土出现开裂的情况，并且承载力不断退化。这时滞回的曲线属于一个靠拢现象。最终整个滞回曲线是呈一个Z 型发展的。另外，PC 柱跟现浇柱的滞回曲线的饱满程度基本上也是一致的，这就说明二者都有比较一致的抗震性能。最后，两个试件的滞回曲线都比较饱满，这证明二者都有非常良好的抗震能力。

4.2 骨架曲线和延性

在计算屈服位移的时候可以使用等量法。而且在这两个柱子的骨架曲线图上，我们就可以通过观测和计算得到相应的屈服荷载力。通过研究发现，当峰值下降了85%的时候，这二者的荷载力都达到了极限荷载。极限荷载所对应的变形，我们称其为极限位移。通过实验发现，PC 柱跟现浇柱的承载力大致是一样的。PC 柱的屈服荷载要比现浇柱高出5.4%。峰值荷载要比现浇柱高出6.1%。这也就说明我们所预置的节点并不会削弱整个框架的承载能力。

延性指的就是试件从屈服一直到破坏之间的这一个过程，指的是试件的变形能力。延性也是结构抗震设计当中非常重要的一个指标。通过实验，我们可以知道PC 柱的延性指数要比现浇柱高出1.47 倍，而且PC 柱的极限位移也比现浇柱的更大。这说明PC 柱跟现浇柱的延性性能基本上是比较相近的。

5 结论

（1）柱的中部的套管灌浆跟现浇柱的整体性能基本上是一致的。两个试件的开裂以及极限的荷载都是比较接近的，而且破坏模式都属于弯曲破坏。两个试件的破坏位置都在柱子的底部。

（2）PC 柱的极限承载力是109.39kN，现浇柱的是103.06kN。PC 柱的极限承载力要比现浇柱高出了6.2%。

（3）PC 柱跟现浇柱二者的滞回曲线是对称的，并且饱满度非常的相近，这代表两个构件都具有非常强的抗震能力。