装配式混凝土框架结构是指框架梁、板、柱等预制构件通过可靠的连接方式构建成的装配式混凝土结构。该结构体系具有节能环保、构件质量易于控制、现场湿作业少、施工效率高等优点, 在日本、新西兰、美国、欧洲等国家和地区已经得到了广泛应用^[1,2,3,4]。梁柱节点区是装配式混凝土框架结构的关键受力部位, 节点性能的优劣对装配式混凝土结构的整体性和抗震性能影响巨大, 因此装配式混凝土框架节点应能够有效传递预制构件间的弯矩和剪力, 并具有较好的延性和耗能能力。近年来, 国内有关学者对装配式混凝土框架结构节点性能进行了一定的研究^[5,6,7,8], 但对考虑叠合板作用的预制梁-板-柱节点的研究相对较少。本文通过对采用大直径灌浆套筒的装配式混凝土框架结构预制梁-板-柱中节点、边节点试件的低周反复加载试验, 对此类装配式混凝土框架结构节点的抗震性能进行了研究。

　　 本文试验试件选取某装配式框架-剪力墙结构的中间层两类典型节点形式:装配式混凝土框架结构边节点、中节点作为研究对象。为使试验中的边界约束条件与实际工程中的结构受力相符, 4个节点试件 (预制中节点PJZ、现浇中节点RJZ、预制边节点PJB、现浇边节点RJB) 中梁、柱的长度分别取至梁、柱的弯矩反弯点处, 板宽度取梁计算跨度的1/3。4个节点试件柱截面均为600 mm×600mm, 梁截面均为300mm×600mm, 混凝土强度等级均为C40, 梁柱主筋以及箍筋均为HRB400级钢筋, 试验轴压比均为0.4, 其中预制节点试件配筋如图1所示, 装配式中节点预制梁底部钢筋在后浇节点区通过焊接连接, 装配式边节点预制梁底部钢筋在后浇节点区采用钢筋锚固板锚固, 预制柱纵向受力钢筋采用大直径灌浆套筒连接。

　　 预制节点试件安装流程为:首先安装预制下柱、预制板及预制梁, 然后安装预制节点核心区钢筋、梁上部纵筋、叠合板上部钢筋, 然后浇筑节点核心区、梁板叠合层混凝土, 最后安装预制上柱, 见图2, 3。

　　 4个节点试件采用北京工业大学4 000k N多功能电液伺服加载系统, 加载方式均为梁端低周反复加载, 如图4所示。正式试验时, 柱端一次施加至预定试验轴压比, 然后在梁端施加低周反复荷载, 其中在施加竖向荷载过程中应保持梁端处于自由状态以避免柱身变短在梁内产生附加弯矩。加载程序按照荷载-变形双控制的方法^[9], 试件屈服前采用荷载控制并分级加载, 试件屈服后按照位移控制进行加载, 每级位移增量为试件屈服时加载位移的0.5倍, 每级位移下循环2次, 直至荷载降至峰值荷载的85%或者试件发生严重破坏, 即认为试件达到承载力极限状态, 终止加载。

　　 4个节点试件的最终破坏形态均为梁端受弯破坏, 如图5所示, 其主要特点如下。

　　 (1) 预制中节点试件、预制边节点试件的开裂位置位于梁柱节点区新旧混凝土结合部位, 而其现浇对比试件的开裂位置位于节点核心区附近的梁端部。

　　 (2) 试验过程中, 4个节点试件核心区混凝土出现少量细微裂缝, 核心区箍筋的最大应变均小于1.7×10^-3, 小于实测的钢筋屈服应变2.26×10^-3, 均未达到屈服, 表明节点试件核心区箍筋在试验过程中均处于弹性工作状态。

　　 (3) 试验过程中, 预制中节点试件、预制边节点试件与其现浇对比试件的裂缝分布基本一致, 随着试验加载的进行, 4个节点试件均在柱侧梁端形成1条主裂缝;其中对于装配式混凝土框架中节点试件及边节点试件, 在加载后期易在预制构件和后浇混凝土接触面处形成宽度较大的裂缝。4个节点试件最终破坏形态均为梁端下部混凝土压碎并脱落, 同时梁下部纵筋屈曲。

　　 图6为4个节点试件的梁端荷载与梁端位移的滞回曲线。由图6可见:1) 4个节点试件开裂前, 节点试件基本处于弹性状态, 节点试件耗能小;试件开裂后, 随着加载的不断进行, 混凝土裂缝的不断开展及钢筋的拉压屈服, 滞回环面积不断增大, 节点试件耗能逐渐增大。2) 预制中节点试件、预制边节点试件与其现浇对比试件的滞回曲线饱满度较为相似, 表明预制节点试件与其现浇对比试件具有相近的耗能能力。3) 由于梁端纵筋的屈曲和混凝土的不断脱落, 4个节点试件的梁端荷载在达到极限承载力之后逐渐下降。4) 由于该节点试验考虑了板对节点抗震性能的影响, 两个边节点试件的正反向承载力及滞回曲线均不对称, 叠合板对于梁负弯矩承载能力具有显著增大作用, 两个边节点试件正反向承载能力差别较大。

　　 位移加载阶段每级加载位移为0.5Δ (Δ为屈服位移, 取10mm) 。图7为预制节点试件与其现浇对比试件的骨架曲线图。

　　 由图7可以看出:1) 4个节点试件的骨架曲线中, 混凝土开裂之前梁端加载点位移与荷载呈线弹性关系, 混凝土开裂之后, 荷载较位移增长较慢, 节点的刚度明显降低;试件屈服之后, 节点刚度继续呈下降趋势;荷载达到承载力最大值之后, 试件正向承载力逐渐减低, 反向承载力维持在峰值点附近。2) 预制中节点试件、预制边节点试件及其现浇对比试件具有相似的强度退化规律。正向加载时, 在节点加载后期, 预制节点试件承载力退化相对于其现浇对比试件更快, 反向加载时, 预制节点试件承载力退化与其现浇对比试件基本一致;预制中节点试件及其现浇对比试件均在2Δ左右达到屈服, 3Δ左右时达到极限承载力;预制边节点试件及其现浇对比试件在2Δ左右达到屈服, 4Δ时达到极限承载力。

　　 延性是反映结构变形能力大小的重要指标, 在结构抗震研究中具有重要意义^[10]。位移延性系数为极限位移Δ_u和屈服位移Δ_y之比, 本文采用能量法确定屈服节点的屈服位移。4个节点试件的位移延性系数见表1, 2。由表1, 2可以看出:1) 预制中节点试件及其现浇对比试件正向位移延性系数介于2.1~2.2之间, 反向位移延性系数介于3.2~3.9之间;2) 预制边节点试件及其现浇对比试件正向位移延性系数介于2.5~2.8之间, 反向位移延性系数介于3.5~4.6之间;3) 预制中节点试件延性系数略大于现浇中节点试件, 预制边节点试件延性系数略小于现浇边节点试件。总体上, 该类型预制节点试验试件与其现浇对比试件位移延性系数基本相当。

　　 节点试件的能量耗散能力, 以荷载-滞回曲线所包围的面积来衡量, 图8、图9为预制节点试件与其现浇对比试件的耗能及累积耗能对比图。由图可知:1) 预制节点试件及其现浇对比试件在相同位移条件下正反向加载时, 节点试件耗能基本对称;2) 预制节点试件与其现浇对比试件位移-耗能曲线基本重合, 具有相近的耗能能力;3) 相同梁端位移下, 预制中节点试件的累计耗能略大于其现浇对比试件, 表明预制中节点试件的耗能能力略高于其现浇对比试件;预制边节点试件与其现浇对比试件累计耗能基本一致。4) 在达到《建筑抗震设计规范》 (GB 50011—2010) 规定的层间位移角限值1/50时, 预制中节点试件及预制边节点试件的累计耗能均大于其现浇对比试件。总体上, 采用大直径灌浆套筒的预制节点试件与其现浇对比试件具有相当的耗能能力。

　　 图8 耗能对比图

　　 (1) 采用大直径灌浆套筒的装配式混凝土节点试件与其现浇对比试件均为典型的梁受弯破坏, 最终破坏形态均为靠近节点核心区的梁端下部混凝土压碎并脱落, 梁底部纵筋屈曲。

　　 (2) 采用大直径灌浆套筒的装配式混凝土节点试件滞回特性、位移延性、骨架曲线特征与其现浇对比试件基本一致, 预制节点试件的耗能能力略高于其相同设计参数的现浇对比试件。总体上, 采用大直径灌浆套筒的预制节点试件与其现浇节点试件具有相当的抗震性能指标, 抗震性能满足规范要求。