李艳艳， 张 超， 张健新， 李和庆
（1河北工业大学土木工程学院，天津300401；2河北农业大学城乡建设学院，保定071001；3中国石油天然气管道工程有限公司，廊坊065000）
[摘要]对X形配筋增强、T形钢骨增强、槽形钢骨增强的混凝土异形柱边节点进行拟静力试验，研究混凝土异形柱边节点核心区的箍筋应变规律、混凝土应变规律、破坏特征及滞回曲线，分析x形配筋、T形钢骨、槽形钢骨对混凝土异形柱边节点受力性能的影响。结果表明：混凝土异形柱边节点核心区不同位置处箍筋应变相差比较大，边节点核心区中与剪力方向平行的腹板箍筋应变大于与剪力方向垂直的腹板箍筋应变和翼缘处的箍筋应变，在混凝土异形柱边节点核心区加入X形配筋、T形钢骨或槽形钢骨能够提高混凝土异形柱边节点核心区混凝土的主拉应变，改善异形柱边节点的破坏形态及滞回性能。
0 前言
震害资料表明钢筋混凝土框架结构具有良好的抗震性能，但框架结构的梁柱节点是抗震设计的一个薄弱环节，节点的破坏会直接导致建筑物破坏乃至倒塌混凝土异形柱的柱肢比矩形截面柱的更薄弱，且其梁柱交接处钢筋比较密集，混凝土浇筑和振捣时不容易密实。因此，混凝土异形柱节点在复杂的地震作用下更容易发生破坏。目前对混凝土异形柱节点研究主要集中在抗震性能方面，而对混凝土异形柱节点的箍筋、混凝土的应变变化规律的研究较少。因此，提出以X形配筋、T形钢骨或槽形钢骨增强混凝土异形柱边节点的核心区，研究往复荷载作用下混凝土异形柱边节点的箍筋、混凝土的应变变化规律，分析X形配筋、T形钢骨或槽形钢骨对异形柱边节点薄弱部位受力性能的增强作用。
1 试验概况
试验设计了4个混凝土异形柱边节点试件，分别为在混凝土异形柱边节点核心区加入X形配筋的J-TX，在混凝土异形柱边节点核心区加入槽形钢骨的J-T[，在混凝土异形柱边节点核心区加入T形钢骨的J-TT，混凝土异形柱边节点核心区未进行增强的J-T。混凝土异形柱边节点试件配筋情况如图1所示。混凝土异形柱边节点梁纵筋及柱纵筋为HRB400，直径为18mm的钢筋屈服强度为445MPa，极限强度为613MPa；直径为22mm的钢筋屈服强度为480MPa，极限强度为623MPa；箍筋为HPB235，直径为8mm的钢筋屈服强度为295MPa，极限强度为449MPa。X形配筋为HPB235，直径为8mm，钢筋屈服强度为333MPa，极限强度为432MPa。槽形钢骨采用5号槽钢，T形钢骨尺寸如图1所示。混凝土异形柱边节点的混凝土强度等级为C50，预留3个边长为150mm的混凝土立方体试块和3个lOOmm×lOOmm×300mm的混凝土棱柱体试块，量测混凝土力学性能指标。其中，X形配筋增强的节点试件的混凝土立方体抗压强度为51. 6MPa，轴心抗压强度为31. 6MPa；槽形钢骨、T形钢骨增强节点试件的混凝土立方体抗压强度为45. 8MPa，轴心抗压强度为31. 3MPa；未增强的节点试件的混凝土立方体抗压强度为70. 4MPa，轴心抗压强度为39. OMPa。钢骨及X形配筋均位于节点核心区，钢骨高度为225mm，三分点处用直径为6mm的HPB235钢筋连接。
混凝土异形柱边节点的试验加载装置如图2所示。试验加载时采用拟静力加载方案，将竖向千斤顶安装在反力梁下用于施加柱顶轴向力，混凝土异形柱边节点试件设计轴压比是0. 17，设计轴力为250kN。在边节点试件的梁端施加荷载的拉压千斤顶固定在静力台座上。试验的加载程序为荷载一位移混合控制。屈服前以荷载控制，屈服后以位移控制，当荷载降至85%的极限荷载时，试件破坏。
在混凝土异形柱边节点核心区的箍筋上粘贴图3所示的电阻应变片，用DH3815采集箍筋应变。其中，JTH-1表示混凝土异形柱边节点1号箍筋应变片，依次类推。在混凝土异形柱边节点核心区翼缘、腹板布置图4所示的手持式应变仪测点，测量应变值。
2 试验结果
2.1破坏特征
4个混凝土异形柱边节点试件破坏形态如图5所示。综合比较4个混凝土异形柱边节点试件的受力破坏过程可以看出：首先，混凝土异形柱边节点试件的梁端受拉区出现少量的弯曲裂缝，随后，对角交叉的斜裂缝出现在混凝土异形柱边节点核心区的腹板中间部位。裂缝随着荷载增加逐渐延伸，宽度不断增加，未增强的混凝土异形柱边节点试件的核心区腹板的裂缝宽度较大，X形配筋、T形钢骨、槽形钢骨增强的混凝土异形柱边节点试件腹板处的斜裂缝数量较多而宽度较小。当混凝土异形柱边节点试件达到极限承载力后，腹板处的裂缝宽度继续增加，翼缘开始有斜裂缝出现。混凝土异形柱边节点试件破坏时，未增强的节点试件梁端混凝土剥落致使腹板和梁端破坏较为严重，裂缝宽度较大；X形配筋、T形钢骨、槽形钢骨增强的混凝土异形柱边节点试件的裂缝宽度较小，破坏形态得到较明显的改善，表明X形配筋、T形钢骨、槽形钢骨在改善混凝土异形柱边节点核心区的混凝土的受力性能方面发挥着重要作用。
2.2边节点核心区箍筋应变
混凝土异形柱边节点核心区荷载一箍筋应变曲线如图6所示。混凝土异形柱边节点核心区箍筋应变片JTH-2，JTH-5分别为应变片JTH-3，JTH4的对称位置，应变片JTH-2，JTH-5的变化情况与应变片JTH-3，JTH4的类似，因此，图6中未给出应变片JTH-2，JTH-5的应变变化。
从混凝土异形柱边节点核心区箍筋应变变化情况可以发现：
(1)在整个试验加载过程中，翼缘处箍筋应变片JTH-6的应变很小。混凝土异形柱边节点核心区横向箍筋能够直接承担剪力，箍筋应变片JTH-3的应变随荷载增加而逐渐增加。纵向箍筋通过约束混凝土异形柱边节点核心区混凝土来承担剪力，箍筋应变片JTH-1，JTH4的应变在试验加载初期时较小，箍筋处于弹性范围，核心区混凝土承担主要剪力；随后，边节点核心区开裂，箍筋应变也逐渐增加。在混凝土异形柱边节点开裂以后，翼缘处的箍筋应变较小，腹板侧面的箍筋应变不断增加，因此，混凝土异形柱边节点腹板侧面箍筋应变大于腹板端面以及翼缘处箍筋应变。
(2)对比4个混凝土异形柱边节点核心区的箍筋应变大小及变化规律发现，由于X形配筋、T形钢骨、槽形钢骨的加入使加载初期边节点试件核心区箍筋应力降低。因此，X形配筋、T形钢骨、槽形钢骨增强的混凝土异形柱边节点试件的腹板侧面及翼缘处在加载初期的箍筋应变小于未增强的异形柱边节点相应位置处的箍筋应变。
2.3边节点核心区混凝土应变
首先，计算混凝土异形柱边节点核心区正应变、剪应变，见下式：
然后计算混凝土异形柱边节点核心区混凝土主
拉、主压应变，见下式：
混凝土异形柱边节点核心区混凝土应变一位移比（位移比为屈服位移的整数倍）曲线如图7所示。从混凝土异形柱边节点核心区混凝土应变变化规律能够发现：翼缘部位混凝土的主压应变在整个加载过程中比较小；腹板部位的混凝土的应变变化在整个加载过程中比较大，应变也比较大，表明混凝土异形柱边节点核心区腹板混凝土承担了比较大的剪力。X形配筋、T形钢骨、槽形钢骨增强的异形柱边节点试件的主压应变分布比未增强的节点试件更均匀，混凝土应变的波动程度较为平缓，主拉、主压应变较高。由于X形配筋、T形钢骨、槽形钢骨增强的混凝土异形柱边节点试件的混凝土主拉应变得到提高，从而混凝土的抗裂能力也得到提高。
2.4边节点滞回曲线
混凝土异形柱边节点的滞回曲线如图8所示。比较4个异形柱边节点试件的滞回曲线，总体来看，在加载初期，滞回环面积很小，呈梭形；随后，滞回环面积变大，出现残余变形，发展到弓形，随着荷载的继续增加，滞回环逐渐向S形渡到；最后试件的强度和刚度骤降，试件破坏。当达到极限荷载后，未增强的异形柱节点试件J-T的强度退化较快，卸载后的残余变形也较大，说明在低周往复荷载作用下，未增强的异形柱节点试件的累积损伤程度不断增加，出现不可恢复的塑性变形。在节点核心区加入X形配筋及钢骨的节点试件的滞回环所包围的面积更大，表现出较好的耗能能力，后期残余变形较小。钢骨增强的异形柱节点的滞回环比X形配筋增强的更为饱满，具有更好的耗能能力。T形钢骨、槽形钢骨的滞回环饱满程度相差不大。
异形柱节点试件J-T，J-TX，J-TT，J-T[的正反加载方向的极限荷载平均值分别为75，84.5，78.5，81. SkN．在异形柱节点核心区加入X形配筋、T形钢骨、槽形钢骨的极限荷载平均值均比未增强的异形柱节点的分别提高约12.7%，4.7%和8.7%，可见，X形配筋、T形钢骨、槽形钢骨均能提高节点的极限承载能力，在提高异形柱节点承载能力方面X形配筋的效果最优，槽形钢骨的次之。
3 结论
(1)混凝土异形柱边节点核心区不同位置处箍筋应变相差比较大，边节点核心区箍筋应变与剪力方向平行的腹板箍筋应变大于与剪力垂直方向的以及翼缘处的。
(2)在混凝土异形柱边节点核心区加入X形配筋、T形钢骨、槽形钢骨能够降低其在加载初期边节点核心区的箍筋应力，可以提高混凝土的主拉应变及抗裂能力。
(3)在混凝土异形柱边节点核心区加入X形配筋、T形钢骨、槽形钢骨能够使核心区混凝土的剥落程度得以减轻，裂缝发展得以延缓，边节点的破坏特征得到改善。
(4)在混凝土异形柱边节点核心区加入X形配筋、T形钢骨、槽形钢骨能够改善试件的滞回性能。
(5)X形配筋及钢骨的加入能够增强节点的刚度，提高节点抵抗地震的能力，从而有利于结构抗震。
