装配式建筑具有生产效率高、劳动强度低和环境污染小等优点, 是实现我国建筑业转型升级的重要途径^[1]。混凝土框架结构是一种常用结构体系, 但梁柱节点受力复杂, 地震作用下破坏较为严重, 是导致房屋倒塌的重要因素^[2,3]。因此, 节点连接形式是装配式混凝土框架结构研究的重点, 专家学者提出了多种连接构造措施^[4]。例如, 柳炳康等^[5]对后张法预应力节点连接形式进行了研究, 表明此种连接形式能增强节点核心区刚性, 具有良好恢复能力;吕西林等^[6]对螺栓连接节点形式进行了研究, 表明该类连接形式的节点具有良好的抗震性能和工作状态;高向玲等^[7]对型钢节点形式与套筒节点形式进行了对比研究, 表明型钢节点滞回曲线更加饱满, 具有更高的极限承载能力;柳旭东等^[8]提出一种节点核心区采用柱纵筋搭接方式的节点形式, 研究表明, 核心区搭接范围内的钢筋未被拔出, 满足工程要求。

　　 对于装配式混凝土框架结构节点连接形式, 不仅需要考虑节点的安全性, 同时也要考虑施工安装的方便性以及建造成本的低廉性, 基于此认识, 本文提出一种新型钩挂式节点连接形式, 并对此节点开展拟静力试验研究, 为进一步研究装配式框架结构节点提供参考。

　　 钩挂式节点构造形式如图1所示, 由预制节点边梁、预制间梁和混凝土后浇区组成。其特征在于, 在拼接位置选择上, 为保证节点核心区的完整性, 选取核心区两侧边梁为拼接位置, 边梁端部制作成阶梯形, 以提高接缝处截面的抗剪能力。在钢筋连接方式上, 梁柱纵筋通过节点核心区且不截断, 在两侧边梁延伸处的纵筋和箍筋端部焊接挂环, 在预制间梁伸出的纵筋和箍筋端部焊接挂钩, 安装时将预制间梁钢筋挂钩分别钩挂在节点边梁钢筋的挂环上, 然后在拼接位置浇筑高一级强度等级的混凝土形成整体。此种节点具有构造简单、施工方便和造价低廉等优点, 符合现代施工技术工业化要求, 并申请了发明专利 (专利号为201310429484.7) 。

　　 模型试件选取框架结构中间节点十字形梁柱组合体, 共设计制作5个节点试件, 各试件长、高、宽尺寸相同, 预制构件混凝土强度等级取C20, C30, C40三个等级, 后浇区浇筑高一级强度等级混凝土, 各试件梁上部纵筋统一配置218, 梁下部纵筋按三种型号配置。试件参数和配筋如表1及图2所示。

　　 根据《普通混凝土力学性能试验方法标准》 (GB/T 50081—2002) 和《金属材料室温拉伸试验方法》 (GB/T 228—2002) 有关规定, 对模型试件预留混凝土试块和钢筋材料进行力学性能指标实测, 实测结果如表2和表3所示。

　　 试验装置如图3所示, 为了模拟反弯点边界条件, 柱顶安放球铰装置, 柱底布置刀铰装置, 左右梁端部安装夹具并与电液伺服作动器相连, 实施往复拉压加载。加载制度采用荷载-位移混合控制方案, 预加载阶段, 首先在柱顶施加1 500kN恒定轴向压力, 然后在梁两端采用同步加载模式施加低周往复竖向荷载, 加载点距离柱边缘600mm;荷载控制加载阶段, 以5kN为级差逐级加载, 每级加载循环两次, 梁纵筋屈服后改为位移控制加载, 以2mm为级差继续逐级加载, 每级加载循环两次。试验中当试件承载力下降至85%的峰值荷载或试件发生严重破坏时, 认定试件失效, 结束试验。

　　 图3 加载装置

　　 测点布置如图4所示, 主要量测内容如下:1) 柱顶轴向压力值, 其通过设置在油压千斤顶与柱顶钢板之间的应变式传感器量测, 并进行动态监控以保证轴向压力恒定不变。2) 试件左、右梁端加载点的竖向拉压荷载及位移值, 其均由MTS电液伺服加载系统自动采集。3) 钢筋与混凝土的应变, 选择关键部位布置应变片, 在节点核心区内, 柱中纵筋取半数布置应变片, 箍筋间隔布置应变片;梁中纵筋全部布置应变片, 箍筋间隔布置应变片;在边梁根部的侧面、顶面和底面等间距布置应变片, 边梁上、下纵筋和箍筋布置应变片;在后浇区内, 梁侧面等间距布置应变片, 钢筋钩挂连接处上、下纵筋和箍筋布置应变片。

　　 图4 测点布置示意图

　　 试件破坏形态如图5所示, 破坏过程与现浇混凝土结构相似, 均经历了弹性工作阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段。破坏位置均发生在节点边梁和后浇区接缝处上部, 因纵筋屈服后中和轴上移导致混凝土压碎而破坏, 节点区域和柱根区域基本完好, 变形主要集中在边梁根部和后浇区域, 这种破坏形态符合强节点抗震设计理念。试件承载力随配筋率和混凝土强度等级不同而有差异, 试件XGJ-4承载力最小, 为129.05kN, 试件XGJ-5承载力最大, 为183.64kN。5个试件几乎同时在加载到25kN时, 在节点核心区边梁根上部处出现第一批裂缝, 约0.6mm宽, 并向边梁的下部斜向延伸;随着荷载继续增加, 梁端部位移逐渐增大, 边梁根上部斜裂缝增多、宽度变大, 并延伸到后浇区域;当加载到116.92kN时, 试件XGJ-4纵筋首先屈服, 随后各试件相继进入屈服阶段, 加载方式改为位移控制;随着继续加载, 后浇区与边梁根部混凝土接缝处出现较宽裂缝, 且裂缝快速开展, 荷载-位移曲线出现明显拐点;当各试件达到极限荷载时, 边梁根部与后浇区混凝土接缝处出现最大斜向裂缝, 宽度约15mm;最终因上侧混凝土压碎而结束加载, 接缝处是钩挂式节点试件的薄弱部位。试验过程中, 因足尺模型试件梁端加载点距柱支座较近, 试件承受的弯矩较小, 剪力较大, 梁在弯剪作用下未形成典型的塑性铰。

　　 试件加载过程各阶段特征值如表4所示, 对比试件XGJ-1, XGJ-2, XGJ-3可知, 在相同配筋率条件下, 混凝土强度越高, 试件承载力越大, 对比试件XGJ-2, XGJ-4, XGJ-5可知, 在相同混凝土强度条件下, 试件配筋率越高, 承载力越大。5个试件的位移延性系数平均值为3.974, 表明钩挂式节点试件延性性能良好。

　　 试件滞回曲线与骨架曲线如图6所示, 由于试验梁采用非对称配筋, 曲线出现不对称现象;因试件轴压比较高, 滞回曲线捏拢较明显。分析可知, 5个试件滞回曲线总体上较为饱满, 呈现相似的变化规律。每级两次循环加载, 随着持续加载, 曲线呈捏缩形状, 耗能能力有所降低。对比试件XGJ-1, XGJ-2, XGJ-3可知, 在相同配筋率下, 混凝土强度等级越低, 曲线捏缩越明显, 耗能能力越低;对比试件XGJ-2, XGJ-4, XGJ-5可知, 在相同混凝土强度等级下, 配筋率越低, 耗能能力也越低。5个试件的骨架曲线走势基本一致, 均有较明显的屈服点, 屈服后呈现较好的延性, 下降段较为平缓。

　　 图6 滞回曲线与骨架曲线

　　 后浇区是节点试件的薄弱部位, 选取图4中有代表性的梁下部和上部纵筋钩挂连接处的应变片1, 6及箍筋钩挂连接处的应变片4的测量结果进行分析, 钢筋应变分布如图7所示。可见, 5个试件的钢筋应变数值随荷载增加而增大, 除局部区域外, 总体上呈线性分布, 速率呈均匀变化趋势, 表明钢筋钩挂连接处工作性能良好。

　　 图7 各试件后浇区钢筋应变分布

　　 选取图4中后浇区梁侧面从上到下等间距布置的应变片33～36的测量结果进行分析, 后浇区混凝土应变分布如图8所示。5个试件混凝土应变随荷载增加而增大, 进入带裂缝工作阶段 (荷载-应变曲线出现拐点时, 试件进入带裂缝工作阶段) 后, 混凝土应变速率变化明显变缓。梁中和轴上部区域混凝土应变值总体大于下部区域, 混凝土应变速率变化也大于下部区域, 所以试件在加载过程中梁上部首先出现裂缝, 破坏也较严重。

　　 (1) 全钩挂式节点试件破坏过程类似于现浇混凝土结构, 破坏位置发生在节点边梁与后浇区接缝处, 此处是节点薄弱部位, 核心区没有明显破坏, 符合强节点设计理念。

　　 (2) 钩挂式节点试件滞回曲线较为饱满, 有良好的耗能能力, 骨架曲线走势基本一致, 均有较明显的屈服点, 位移延性系数较高, 故钩挂式节点试件有良好的延性性能。

　　 (3) 钩挂式节点试件钢筋钩挂连接处应变数值随荷载增加而增大, 钢筋应变速率大体呈均匀变化趋势, 能有效传递内力, 工作性能良好。进入带裂缝工作阶段后, 钩挂式节点试件混凝土应变速率变化明显变缓。