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摘要：通过拟静力试验对带施工缝钢筋混凝土框架结构抗震性能展开研究，并对它们的位移延性、耗能能力、强度退化和刚度退化与整浇无施工缝钢筋混凝土框架比较，以期发现施工缝对框架结构抗震性能的影响。
关键词：施工缝；框架结构；抗震性能；塑性铰；刚度退化
1、试验模型及设计
根据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》［1］和GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》［2］的规定和要求，按1∶ 3缩尺设计制作了两榀两层两跨钢筋混凝土框架，带施工缝的编号为DF，整体浇筑的编号为ZJ，其中DF 的每层框架柱的底端和顶端分别留有施工缝，这与实际工程实践中的情况吻合。两榀框架的尺寸、配筋和混凝土设计强度等级完全相同。模型尺寸和配筋柱配筋率为1.23%，梁配筋率为8.4%，混凝土设计强度等级为C30，配合比如表1，材料力学性能见表2、表3。
1.2 试验装置及加载方案
试验在某结构实验室静力台座上进行，框架底梁通过四对螺栓固定在台座上，
为使框架柱顶部不受水平方向约束，自由变形，在千斤顶与反力架之间安装滚轴小车。试验前轴力按边柱轴压比0.23 和中柱轴压比0.34 计算，在框架柱顶利用油压千斤顶一次施加预定轴向荷载并保持稳定。试验采取在框架顶层梁中心线施加水平荷载。根据拟静力试验加载制度，水平荷载采用力－位移混合控制施加。以对应主筋应变达到屈服应变确认试件达到屈服点。接近开裂和屈服荷载前宜减小级差进行加载。框架屈服之后由力控制转为位移控制加载，以屈服时试件的最大位移值的倍数为级差进行控制加载［3］。
2、试验现象及分析
2.1 塑性铰
根据主筋屈服先后制作了塑性铰出现顺序图。首先，DF 框架在中柱顶端形成塑性铰；紧接着首层梁端先后形成塑性铰，然后顶层梁端，最后首层柱底端形成塑性铰。从柱的塑性铰上来看：ZJ 框架均在梁端形成塑性铰；但DF 框架塑性铰存在于首层柱底端和顶层柱顶端，是梁铰机制和柱铰机制的结合。说明框架施工缝处容易形成塑性铰，会使结构位移变大，更严重的会发展成柱铰机制造成结构隐患。
2.2 层间位移
用顶层位移减去首层位移等于层间位移［4］，计算相关数值列表得到实测各阶段层间位移及延性系数。对比各框架的层间位移发现：在屈服点之后，DF 框架首层层间位移角普遍大于其顶层层间位移角，说明首层层间位移对框架位移的贡献起主导作用，而ZJ 框架反之，由顶层位移起主导。DF 框架比ZJ 框架的位移延性系数普遍有所降低。
2.3 耗能能力分析
本次试验的等效黏滞阻尼系数β［5］与位移的关系曲线图。DF、ZJ 框架的等效黏滞阻尼系数随着位移的开展而不断增长。试件DF 框架中由于施工缝的存在，裂缝出现时间较试件ZJ 框架要早，在较小的位移下，破坏也较ZJ框架严重，因此耗能偏高，等效黏滞阻尼系数也较ZJ 框架偏高。位移增大时，DF 框架破坏严重，不能再吸收更多的能量，等效黏滞阻尼系数快速下降。但由于ZJ 框架的极限位移较DF 框架大，所以ZJ 框架可以在较大的位移下保持较高的抗侧力，因此，随着试验的继续，ZJ 框架的等效黏滞阻尼系数保持稳定，略有增长。ZJ 框架的不论是最大耗能能力还是总耗能能力，都要比DF 框架好，说明施工缝使得钢筋混凝土框架的耗能能力有所下降。
2.4 承载能力退化（强度退化）
ZJ 框架和DF 框架按照水平屈服位移的整数倍循环时得到的首层梁和顶层梁强度退化。在
位移－荷载控制加载的初始阶段（Δ），两榀框架首层、顶层承载能力退化不明显，其中正向加载时第二次循环、第三次循环均能达到第一次循环的94%以上，并且ZJ 框架比DF 框架略高。在位移－荷载控制的2Δ 和3Δ 加载阶段，两榀框架的第二次循环、第三次循环比第一次循环出现不同程度的承载力下降，其中3Δ 加载比2Δ 加载承载力退化显著。第二次循环比第一次循环承载力下降明显（DF 框架为84%～90%，ZJ 为框架90%～95%），第三次循环比第二次循环承载力下降不明显（DF 框架为78%～89%，ZJ 框架为90%～94%），承载力趋于稳定，此种现象DF 框架表现的比较明显。
2.5 刚度退化分析
相对刚度等于结构的等效刚度与结构的初始刚度之比，一般记作K /K0；相对位移等于加载过程中，某次荷载循环的峰值相应的位移与极限位移之比，一般记为Δ/Δu［6］。
框架的刚度退化。当Δ/Δu =－0.13和+ 0.14，即循环位移小于4.8 mm 时，它们的刚度退化都很快，ZJ 框架要比DF 框架退化更快一些；当循环位移大于4.8 mm，它们的刚度退化速度变慢，等到两榀框架发生极限破坏时，它们的正向和负向刚度变的一致，说明施工缝对钢筋混凝土框架的刚度退化影响不显著。
3、结语
1）框架施工缝处容易形成塑性铰，会使结构位移变大，更严重的会发展成柱铰机制造成结构隐患。2）DF 框架比ZJ 框架的位移延性系数普遍有所降低，说明由于施工缝的存在，钢筋混凝土框架结构的位移延性有所下降。
3）ZJ 框架不论是最大耗能能力还是总耗能能力，都要比DF 框架好，说明施工缝使得钢筋混凝土框架的耗能能力有所下降。
4）在位移－ 荷载控制的2Δ 和3Δ 加载阶段，DF框架比ZJ 框架承载能力有所下降，说明施工缝对钢筋混凝土框架结构承载能力有一定影响。
5）在整个试验过程中，两榀框架的刚度差别不大，说明施工缝对钢筋混凝土框架的刚度退化影响不显著。
参考文献：
［1］ GB 50010—2010 混凝土结构设计规范［S］．
［2］ GB 50011—2010 建筑抗震设计规范［S］．
［3］ JGJ 101—96 建筑抗震试验方法规程［S］．
［4］ 陈远峰，考虑施工缝影响的框架结构抗震性能试验研究［J］．工业建筑，2006，36（2）：3 － 5．
［5］ 阎西康，张英来，陈培． 带有施工缝的钢筋混凝土框架柱的抗震性能试验研究［J］． 建筑施工，2011（11）：1030 － 1031，1034．
［6］ 魏春明，宋玉普，刘健． 现浇钢筋混凝土框架柱施工缝抗震性能试验研究［J］． 大连理工大学学报，2006，45（4）：527 － 532．
论文作者:霍剑驱
论文发表刊物:《基层建设》2015年16期供稿
论文发表时间:2015/12/7
标签：框架论文; 位移论文; 刚度论文; 塑性论文; 钢筋混凝土论文; 荷载论文; 加载论文; 《基层建设》2015年16期供稿论文;