預(yù)制混凝土底層柱抗震性能試驗研究與分析.pdf

1、預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是實現(xiàn)住宅產(chǎn)業(yè)化的主要途徑之一。它可以提高建筑業(yè)工業(yè)化、機械化水平，能夠降低能耗、節(jié)約資源，可以實現(xiàn)建筑業(yè)的可持續(xù)、綠色發(fā)展。
　　預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能的優(yōu)劣取決于各結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接性能的優(yōu)劣和各結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身抗震性能的優(yōu)劣。預(yù)制裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的底層柱作為主要的豎向承重構(gòu)件和抗側(cè)力構(gòu)件，其與基礎(chǔ)連接節(jié)點的可靠性及其自身的抗震性能決定了框架結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，而關(guān)于這方面的試驗研究未見報道。
　

2、　本文在“985”工程專項經(jīng)費（編號:531106004003）、“千人計劃”專項經(jīng)費(編號:531106004009)、教育部“建筑安全與節(jié)能”重點試驗室的資助下從四個方面開展了預(yù)制裝配式鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)底層柱的抗震性能研究。
　　(1)為研究鋼筋在澆灌有高強澆注料的金屬波紋套管內(nèi)所需要的最小錨固長度，進行了16組共計48個試件的抗拔試驗。主要研究金屬波紋套管直徑D、鋼筋直徑d、波紋套管直徑D和鋼筋直徑d的比值D/d、鋼筋錨固

3、長度la等因素對鋼筋錨固性能的影響。試驗獲取了拉拔荷載F-黏結(jié)滑移s的關(guān)系曲線，研究了la及D/d對鋼筋平均應(yīng)力的影響、la與D/d的乘積對鋼筋極限抗拉強度fu的影響。
　　(2)借鑒《鋼筋混凝土裝配整體式框架節(jié)點與連接設(shè)計規(guī)程》(CECS43∶92)中給出的柱-柱連接常用的漿錨式連接方法及插入式連接方法，對國內(nèi)外學者在實現(xiàn)柱-基礎(chǔ)連接時采用的鋼筋套筒漿錨連接方法進行改進。改進的連接方法主要步驟:①制作混凝土基礎(chǔ)并養(yǎng)護，注意綁扎基

4、礎(chǔ)鋼筋時在柱縱向鋼筋位置預(yù)埋金屬波紋套管;②預(yù)制鋼筋混凝土柱并養(yǎng)護，將柱縱向鋼筋伸出柱底;③在預(yù)埋的金屬波紋套管內(nèi)澆灌高強澆注料;④安裝完成養(yǎng)護的預(yù)制鋼筋混凝土柱，使柱縱向鋼筋插入金屬波紋套管內(nèi)，來實現(xiàn)底層預(yù)制混凝土柱與基礎(chǔ)的連接。為驗證該連接方法的可靠性，對預(yù)制混凝土長柱、短柱和整體現(xiàn)澆混凝土長柱、短柱的抗震性能分別進行了對比試驗研究。
　　(3)為研究采用前述方法連接的預(yù)制鋼筋混凝土長柱的抗震性能，進行了8個預(yù)制鋼筋混凝土長柱

5、和1個用于對比的整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土長柱，在低周往復(fù)水平荷載作用下的抗震性能試驗。研究了軸壓比、制作方式、箍筋強度等級以及柱腳5倍縱筋直徑范圍內(nèi)縱向鋼筋與混凝土黏結(jié)狀況對預(yù)制鋼筋混凝土長柱的抗震性能影響。觀察記錄了各長柱試件的破壞特征、水平力F-側(cè)向位移Δ的滯回曲線，研究了各長柱試件骨架曲線的特性、延性指標、剛度退化及強度退化特性及極限承載能力，比較分析了各長柱試件的能量耗散能力。
　　(4)為研究采用前述方法連接的預(yù)制鋼筋混凝土短

6、柱的抗震性能，進行了4個預(yù)制鋼筋混凝土短柱和2個整體現(xiàn)澆鋼筋混凝土短柱，在低周往復(fù)水平荷載作用下的抗震性能試驗。研究了軸壓比、制作方式及柱腳5d縱筋直徑范圍內(nèi)縱筋與混凝土的黏結(jié)狀況對預(yù)制鋼筋混凝土短柱抗震性能的影響。觀測記錄了各短柱試件的破壞形態(tài)、水平力F-側(cè)向位移Δ的滯回曲線，研究了各短柱的骨架曲線的特性、延性指標、剛度退化及強度退化特性、極限承載能力及抗裂能力。最后利用USC-RC分析軟件及ABAQUS有限元軟件，研究了混凝土短柱在

7、軸壓比、縱向鋼筋配筋率、鋼筋強度等級及混凝土強度等級不同時，鋼筋混凝土短柱的骨架曲線變化特性和極限承載力大小變化規(guī)律。
　　本文取得如下主要成果。
　　(1)鋼筋在澆灌有高強澆注料的金屬波紋套管內(nèi)所需要的錨固長度遠小于混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50010-2010)的要求，本文建議，波紋套管直徑D應(yīng)取為鋼筋直徑d的2～3倍，且當D/d=2時，鋼筋最小錨固長度la取為15d;當D/d=3時，鋼筋最小錨固長度la取為10d;當D/

8、d為中間值時，鋼筋最小錨固長度在15d和10d之間線性插入取值。
　　(2)預(yù)埋金屬波紋套管的鋼筋插入式漿錨連接法可實現(xiàn)預(yù)制混凝土柱與基礎(chǔ)可靠連接，采用該方法連接的預(yù)制鋼筋混凝土柱的抗震性能不降低整體澆筑鋼筋混凝土柱的抗震性能，該方法可應(yīng)用于裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。
　　(3)在鋼筋混凝土長柱柱腳設(shè)置塑性鉸區(qū)域，不會降低其水平極限承載力，且會較大幅度地提高其延性、耗能能力，該技術(shù)可在有抗震設(shè)防要求的鋼筋混凝土框架柱中采用。在鋼