装配式结构作为一种符合工业化生产方式的结构形式, 符合目前我国绿色建筑发展的要求, 较传统现浇结构更节能、环保、缩短施工周期、提高劳动生产率。研究表明, 波形腹板钢梁具有平面外弯曲刚度大、波形腹板对翼缘提供更好的支承作用、用钢量少、制作加工产业化等优点^{[1,2,3,4,5,6]}。混凝土配以高强连续复合螺旋箍筋可有效约束高强混凝土, 既可以提高混凝土强度, 又可以提高其延性^[7,8,9]。基于以上研究成果, 本文提出一种新型的高强连续复合箍筋约束混凝土柱-波形腹板钢梁装配式梁柱节点。

　　 本试验设计并制作2个足尺模型, 分别编号为PRCS-01, PRCS-02。试验中预制柱的混凝土强度等级为C60, 为400mm×400mm的矩形截面, 柱高3 250mm, 沿柱高通长布置16ϕ22 HRB600级钢筋, 柱四角采用并筋, 箍筋采用ϕ5～ϕ50屈服强度为1 050MPa的高强连续螺旋复合箍筋, 混凝土保护层厚度为30mm。梁柱节点区外包钢板箍采用Q235钢, 沿柱长780mm, 钢板厚5mm, 外表面与柱面平齐, 为使钢板箍与混凝土柱共同工作, 增强相互之间的黏结作用, 在钢板箍内侧加焊钢筋肋条。

　　 波形腹板钢梁由工厂加工制作, 翼缘及波形腹板钢材均为Q235, 翼缘板的截面尺寸为10mm (厚) ×200mm (宽) , 波形腹板高为500mm, 单波长度为150mm, 腹板波幅为20mm、腹板厚为2.5mm。试件PRCS-01中在节点处采用钢板对钢梁进行加强。试件PRCS-02的钢梁波形腹板采用ϕ42×6钢管加强, 钢管为Q235钢。试件详细构造如图1所示。

　　 本试验采用柱端加载方式, 柱顶采用500t 油压千斤顶施加竖向荷载, 柱下端放在只能转动而不能左右移动的空间球铰支座上。左、右钢梁的非节点端均采用铰接以模拟框架结构中梁反弯点处的受力状态。在柱顶水平方向采用100t 水平作动器施加低周水平反复荷载。试验采用力和位移的混合加载方式, 试件屈服前采用力控制加载, 每级循环1次;屈服后, 再各位移幅值循环3次。加载装置和加载制度如图2所示, 各试件破坏如图3所示。

　　 从图4a, 4b可以看出, 各节点试件的滞回曲线表现出相同规律, 在加载初期, 节点各部分均处于弹性阶段, 卸载时几乎无残余变形, 滞回环面积较小。随着试件屈服, 滞回环向位移轴倾斜, 滞回环逐渐饱满;随着荷载的增大, 试件的刚度退化现象逐渐明显。2个试件滞回曲线大致呈梭形, 试件PRCS-02承载力比试件PRCS-01承载力高, 这主要是由于试件PRCS-01的斜筋过早屈服, 波形腹板钢梁塑性区域没有得到充分发展。试件PRCS-02的钢管克服了斜筋的过早屈曲, 但因钢管集中力直接作用在翼缘上, 导致波形腹板钢梁翼缘变形严重。

　　 从图4c, 4d可以看出, 2个试件在加载初期, 刚度相差不大, 随着荷载的不断增大, 试件PRCS-01刚度退化较快, 而试件PRCS-02刚度退化缓慢, 由此可以看出, 对钢梁腹板进行加强, 能一定程度上减缓其刚度退化。根据滞回曲线可以得出各试件的等效黏滞系数, 试件PRCS-01和试件PRCS-02的等效黏滞系数分别为0.234, 0.239, 均超过0.2, 其耗能能力明显优于钢筋混凝土结构, 与钢结构相当。

　　 新型约束混凝土柱-波形腹板钢梁装配式节点施工主要包括构件预制、框架结构拼装和预应力施加等。构件预制应采用模具化生产工艺, 控制构件制作误差, 确保现场拼装环节能顺利进行。

　　 约束混凝土柱-波形腹板钢梁装配式结构节点施工具体操作步骤如下。

　　 1) 按照设计分别制作混凝土柱与波浪腹板钢梁, 然后通过高强螺栓将波浪腹板钢梁连接于预制钢筋混凝土柱。

　　 2) 波形腹板钢梁端板与混凝土柱之间留有一定空隙, 方便施工及调直, 装配完成后, 对端板与混凝土柱之间的缝隙采用高性能复合灌浆料进行灌注, 待灌浆料达到强度后, 再对高强螺栓施拧至预紧力设计值。

　　 3) 对螺栓施加预应力时, 采用初拧和终拧方式, 初拧扭矩取终拧扭矩的一半, 通过调节扭矩扳手实现高强螺栓受力均匀。

　　 此外, 为防止应力集中, 在施拧过程中, 从螺栓群的中心依次向外施拧, 并沿对角线方向施拧。对于节点核心区的钢板箍, 其与混凝土容易出现滑移, 本试验采用在钢板箍内焊接钢筋肋条的形式, 试验结果表明, 该方式可有效防止滑移现象发生。

　　 1) 2个试件等效黏滞阻尼系数较高, 表现出了良好的耗能能力。

　　 2) 试验结果发现, 在钢板箍内焊接短钢筋肋条可防止钢板箍与混凝土的滑移, 因此, 在节点核心区采用钢板箍代替箍筋的方式可行, 大大降低了节点核心区施工难度。

　　 3) 对新型约束混凝土柱-波形腹板钢梁装配式节点施工关键技术给予说明且给出施工中一些构造措施及建议, 为该类节点施工提供一定参考。

　　 4) 对新型约束混凝土柱-波形腹板钢梁装配式节点施工的主要控制要点进行详细研究, 且给出具体控制方法, 为同类型工程的施工提供了一定参考。