循环装载下预制混凝土结构预制梁柱钢接头的实验研究
关键词：梁柱节点，预制钢节点，塑料铰链的控制，拟静力试验，抗震性能
摘要：在这项研究中，研制出一种适用于预制混凝土结构的新型预制梁对柱钢制节点。拟定的带有阻尼器的钢接头可以代替预制混凝土结构中的现浇混凝土梁对柱接头。选择低屈服点（LYP）钢作为阻尼器，以提供能量消散能力。梁的塑料铰链位置可以通过LYP 100钢制成的消能段（EDS）进行控制。与整体式接头相比，该接头更易于制造，并且在施工过程中花费的时间更少，同时又可确保令人满意的施工质量。进行了实验测试以评估承受周期性载荷的钢制接头的抗震性能。研究了非能量耗散段（NEDS）的厚度和EDS长度的影响。试验结果表明，所提出的钢制接头比整体式接头具有更好的滞后性能，更高的能量耗散性和延展性。关节具有足够的初始刚度。此外，NEDS厚度的增加会导致PSJ标本的强度更高且能耗更低。随着EDS长度的增加，强度降低，能量消耗增加。
- 介绍
预制建筑结构的大部分部件都是在工厂制造的，并在现场组装[1]。与传统建筑结构相比，预制建筑结构的优点是质量高、成本低、施工速度快，以及采用新技术进行环保和资源节约[2]，[3]，[4]。 因此，预制建筑结构正在取代传统的现场铸造系统，并吸引全世界的关注。然而，预制混凝土结构的大规模损坏主要是由于连接失败 [5]， [6]， [7]。它突出了梁到柱接头在预制混凝土结构中所起的重要作用。预制混凝土结构中的传统梁柱接头是就地铸造的接头和支架接头[8]、 [9]、 [10]。铸件接头位于预制混凝土梁或预制混凝土柱中，以确保预制混凝土结构的连续性。铸接接头的歇斯底里行为与单体关节类似，但它们需要额外的现场形式工作，同时还会增加材料和人工成本。相比之下，支架接头具有出色的延展性和能耗，但在建筑空间的利用方面不足[10]。
为了解决预制混凝土接头的缺点，许多研究人员对传统的预制混凝土梁柱接头进行了创新改进。在土耳其使用的工业和住宅型关节的有效性通过Yiksel等人的实验得到了验证[11]。当层漂移小于 2% 时，这两种类型的接头有稳定的负载位移周期和高能量耗散。黄等人提出了一个基于实验和数值调查的创新预制关节。复合钢架和混凝土梁用于连接预制复合柱。梁的完整性通过连接使用格子梁来保持。也有人尝试给予建筑结构自中心能力[13]，[14]，[15]，[16]。 在结构中使用阻尼器可提高其能量消耗能力[17]。预制预制光束到柱接头的四种类型是由预制地震结构系统（PRESSS）研究计划[13]开发的。由于钢绞线提供的预应力，关节的残余位移微不足道。此外，还开发了一种新的未绑定后张紧预制梁柱接头[18]，[19]。 其中的摩擦阻尼器被引入，以提供显著的能量消耗。该联合公司还表现出良好的自我中心能力。使用可更换的轻质钢筋[2]改善了自中心预制梁柱接头的负载能力和能量消耗。在另一项研究中，预制混凝土接头的能量消散是由额外的竹形能量分解物[20]提供的。实验结果表明，关节具有良好的自中心能力，没有发生强度退化。
焊接钢段的接头已广泛应用于预制混凝土结构中。这种关节通常有利于预制混凝土建筑[21]，[22]的完整性。Ersoy 和 Tankut [21]引入了钢板，通过焊接与固定在关节顶部和底部的板连接。后来，这些关节通过在连接两侧添加钢板进行了改进。连接的刚度、能量消耗和强度与单体关节相似。通过焊接对梁柱接头的地震行为进行了调查。钢板用于维持较低的钢筋结构的连续性[7]。一些研究也进行了列到列关节[23]，[24]，[25]。 Metelli 等人[24]提议使用钢支撑元件和高强度螺纹钢筋，将分散柱到地基接头。该关节在延展性、能量消耗和循环稳定性方面表现出良好的性能。图利尼和明希尼[25]通过全面测试，提出了一个带灌浆套接的柱对柱接头。结果表明，该关节在最终限制状态能力方面是有效的。根据2012年艾米利亚地震调查，机械连接器不足是预制建筑结构故障的最常见原因[26]，[27]。 地震期间，预制混凝土结构的大部分损坏是由于预制接头的故障和缺乏延展性造成的。它表明，延展接头在预制混凝土结构[6]，[28]中起着至关重要的作用。已经开发了新的关节与J螺栓，以提高管道性和能量消耗的建筑结构[10]。增加钢夹板角与双硬化剂可以进一步提高抗震性能[29]。Ertas等人[8]对四种预制混凝土连接的行为进行了实验性调查。螺栓混凝土接头显示出最佳的能量消耗、强度和延展性。抛物线和螺栓接头能够维持高达 3.5% 的层漂移，但带焊接接头的复合材料除外。对新螺栓和焊接接头的歇斯底里行为进行了数值研究，发现其与整体混凝土接头[30]相似。
还调查了塑料铰链在混凝土梁中的位置。测试了四种预制混凝土接头，以确定梁中的塑料铰链位置。发现塑料铰链位于预制混凝土接头区域外，距离柱面[31]889毫米。值得注意的是，预制混凝土结构的塑料铰链经常发生在地震负荷[32]，[33]下的梁对柱连接区域。 为了避免对梁柱接头造成严重损坏，我们开发了预制混凝土接头的塑料铰链迁移方法[34]。在此方法中，创建了使用头或钩条的加固方法，以及使用减光束条部分的弱化方法。实验结果表明，梁柱接头的剪切开裂和条形粘结滑移减少。Choi等人[35]对四个预制接头和一个单体接头进行了测试，以实现结构连续性。预制接头由嵌入在结构成员中的钢元素组成，通过螺栓连接柱子和光束。纤维钢筋混凝土在接头内灌浆，以提高剪切韧性和拉伸强度。由于梁加固的设计，预制结构的塑料铰链在梁中形成。测试了一种新的带延展连接的混合光束系统，以评估关节[36]的弯曲能力。塑料铰链是在钢筋混凝土梁而不是H钢梁中形成的。测试期间，关节区域周围没有分裂拉伸裂缝或剪切裂缝。在另一项调查中，测试了两个预制混凝土接头和两个单体接头[37]。预制混凝土接头的塑料铰链分别位于梁柱接头和混凝土梁上。与单体关节相比，这些关节在能量消散、延展和剪切变形方面具有更好的抗震性能。然而，混凝土梁中发生的塑料铰链对混凝土梁造成更大的损坏。
本研究对循环装载下新型梁柱钢接头的行为进行了实验性研究。与单体接头相比，拟议钢接头的主要优点是易于制造、控制梁的塑料铰链位置、足够的初始刚度以及增强能量消耗能力。在三个钢关节和一个传统的单体接头上进行了伪静态实验。在测试期间密切观察了关节的故障模式。分析了关节的延展性、强度和能量消耗。还调查了NEDS厚度和EDS长度对钢关节抗震性能的影响。
2. 提议的梁柱钢接头
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