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第二章 钢纤维高强混凝土框架边节点试验研究 2.1试验目的 节点区域作为框架结构的重要结构部位，在框架结构中起着传递和分配内力的作用，而且还对保证框架结构的整体性发挥着重要作用。在外部荷载作用下，节点区域受力状态较一般构件更为复杂，一旦发生破坏就难以修复，而且往往会导致整个框架倒塌。国内外多次震害研究表明，节点区域是框架结构中最容易发生破坏的部分，故现行抗震规范规定节点区域不仅要满足使用阶段的荷载要求，而且要在进入弹塑性阶段后仍能够维持荷载的传递。因此，对节点区域的抗震性能进行分析具有重要的理论意义和研究价值。 由于外部荷载作用所产生的内力是通过梁端和柱端传到节点核心区，而且梁端和柱端的截面尺寸及配筋构造也会直接影响到节点核心区的受力性能，而节点核心区的构造对邻近核心区的梁端及柱端的强度、刚度和锚固性能等也有着明显影响。因此，对框架节点的研究要统一考虑这个范围的情况，即试验研究的节点区域包括框架梁、柱交接的节点核心区及邻近核心区的梁端和柱端。 迄今为止，国内外关于钢纤维局部增强高强混凝土框架边节点在低周反复荷载作用下的试验研究较少。因此，本章通过3个钢纤维局部增强高强混凝土框架边节点试件的反复低周加载试验研究，探讨了轴压比对钢纤维高强混凝土框架边节点的抗震性能的影响。 2.2 试验概况 2.2.1试件设计 （1）试件几何尺寸和配筋 为了能够较为真实地反映实际工程中节点的受力状态，排除其他参数（如现浇板、直交梁等）对节点试验研究的影响，选取了承重框架中间层端部上、下柱和梁反弯点之间的平面组合体作为试件模型，反弯点的位置可以通过框架结构的弯矩图大致确定，柱端的反弯点一般取柱高的1/2，梁端的反弯点一般取梁长的1/2。由于其边界条件不用考虑弯矩影响，仅需加载竖直或水平方向的荷载，故能够较为方便地模拟实际工程中框架节点的受力状态。 由于受到试验设备容许空间的制约，只能制作缩尺构件进行试验研究，根据国内外框架节点在低周反复荷载作用下的试验研究经验，取实际结构尺寸的1/2，虽然缩尺试件难以完全模拟真实构件的构造效果，而且其试验结果在数值上和实际结构也没有直接的联系，但是其得出的一般规律和计算理论可以推广到实际结构中[44]。试件的尺寸和配筋如图2.1所示，其他试件根据试验参数不同稍作变化。由于节点试件浇筑时略有偏差，实际尺寸有所差异，节点试件实际具体尺寸见表2.1。 表2.1 试件实际尺寸 试件编号 C-1 C-2 C-3 梁长(mm) 1160 1130 1160 柱高(mm) 1420 1440 1450 （2）主要参数 根据试验目的，本次框架节点抗震试验考虑了柱端轴压比4个主要试验参数的影响，共设计了3个试件，见表2.2。 表2.2 试件主要参数 试件编号 轴压比 钢纤维体积率（%） 梁端钢纤维掺加范围 核心区配箍率（%） C-1 0.2 1.0 1/2h 0 C-2 0.3 1.0 1/2h 0 C-3 0.4 1.0 1/2h 0 注：h为梁截面高度，h=250mm；所有构件柱端钢纤维掺加范围均为50mm。 （3）试件制作 本次试验所用钢纤维系上海哈瑞克斯金属制品有限公司生产的钢锭铣削型纤维（AMI04-32-600），长径比为35~40，等效直径为0.94mm，抗拉强度≥700Mpa。所用水泥为42.5#高强硅酸盐水泥，各项指标均符合《硅酸盐、普通硅酸盐水泥》（GB 175-1999）的规定。采用石灰岩碎石，石子最大粒径为20mm，中粗砂细度模数为2.91，骨料级配良好。混凝土强度为C60，其设计参考《纤维混凝土结构技术规程》（CECS 38:2004）[45]，选定的配合比如表2.3所示，其中减水剂为采用郑州建科混凝土外加剂有限公司生产的JKH-1型粉状高效减水剂（FDN），减水率为18%~25%。 表2.3 钢纤维高强混凝土配合比 混凝土种类 水泥 水 砂 石子 高效减水剂 钢纤维 HSC 487 146 618 1199 9.47 —— FHSC 547 164 696 1044 10.93 78.6 注：HSC为高强混凝土，FHSC为钢纤维高强混凝土。 每个试件在制作时分别预留了混凝土和钢纤维混凝土材性试块各12个，以便在试验过程当中及时测试试件的立方体抗压强度、轴心抗压强度、劈拉强度、弹性模量和泊松比[46]。每个试件具体材料力学性能如表2.4和表2.5所示。所有节点试件均采用卧式浇筑，拆模后在室外自然养护至规定龄期。 表2.4 试件所用钢筋的材料性能 钢筋直径(mm) 钢筋种类 屈服强度 荷载(kN) 强度(Mpa) 平均值(Mpa) 22 HRB335 141 371.05 373.68 142 373.68 143 376.32 表2.5 试件所用混凝土的材料性能