火灾后SRC柱-RC梁节点滞回性能试验研究*（建筑）
李国华1,2， 谢 龙1,2， 徐艳龙1,2
（1北京建筑大学土木与交通工程学院，北京100044；2北京建筑大学工程结构与新材料北京高等学校工程研究中心，北京100044）
[摘要] 为考察SRC柱-RC梁节点火灾后的滞回性能，对三个试件进行了试验研究。未过火试件A直接进行梁端低周往复荷载作用下的拟静力试验；试件B和试件C在进行拟静力试验前，首先分别进行升温时间为60 min和90min的过火试验。研究表明，火灾后SRC柱-RC梁节点的延性、耗能能力等各项滞回性能指标均有下降，且下降幅度随过火时间的延长而增大。对比分析了过火时间对各项滞回性能指标的影响，并对今后进一步的研究提出建议。
[关键词] SRC柱-RC梁节点；过火试验；滞回性能
中图分类号：TU317，TU398 文章编号：1002-848X(2016)09-0075-04
0 引言
建筑火灾不仅严重威胁人们的生命与财产安全，还会对建筑物自身造成损伤，因此，即使火灾后没有发生结构性垮塌的建筑，也必须研究其结构性能，才能决定能否继续使用。型钢混凝土结构( SRC结构)具有承载力高、抗震性好、刚度大等优点，是已广泛应用于高层建筑的新型结构，但对其火灾后抗震性能的研究并不成熟，因此，研究其火灾后的力学性能具有重要意义。本文以SRC柱-RC梁节点为研究对象，对其高温前后的滞回性能进行试验研究，并对试验数据进行了对比分析。
1 试验概况
1.1试件设计
本文研究对象参照某实际工程中位于中间层的中间节点，以梁、柱反弯点处为隔离点，取隔离点间的十字形部分为节点试验模型。共制作三个试件，分别记为试件A、试件B、试件C。试验中所有试件尺寸与配筋均相同。根据火灾试验水平炉膛尺寸及拟静力试验设备的加载能力，试件尺寸确定为梁跨度2. 87m，柱长度为1.96m。试件详细构造见表1，配筋设计如图1～3所示。
1.2火灾试验
三个试件中，试件A为对照试验，进行未过火的拟静力试验。试件B和试件C在进行拟静力试验前，先进行升温时间分别为60min和90min的火灾试验，受火状态为四面受火，火灾试验升温曲线采用IS0834曲线，升温结束后进行自然冷却。过火试验中热电偶分别布置在和梁、柱节点位置，共4个截面，分别在梁、柱内截面设有4个和3个测点，数据采集由电脑采集系统每分钟进行一次。
从火灾试验测得T-t（炉温一时间）关系曲线与IS0834标准升温曲线的对比来看（图4），两者的吻合程度很好。
1.3拟静力试验
过火后的试件运至北京建筑大学结构实验室进行拟静力试验。试验装置见图5，试验设备为框架式可调整自平衡加载系统。试验过程中，保持柱顶轴向力P恒定不变，柱轴压比为0. 35，然后在梁自由端施加竖向反复荷载以模拟地震力作用。试验采用位移加载制度（图6）。
本试验主要量测内容包括：1）位移计用于测量梁端竖向位移，梁节点位移；2）预埋应变片用于测量节点核心区型钢腹板剪切变形；3）混凝土应变片用于量测梁柱节点核心区变形；4）梁端位移和荷载由电液伺服器( MTS)获取。试件的位移计、应变片布置见图7及图8。
2 试验结果及分析
2.1试验现象
对于试件A，首先在柱顶按预定轴压比施加轴压力，而后在梁端施加上下往复荷载。加载初期，混凝土与钢筋处于弹性状态，无裂缝开展；当梁端位移向下加至7. 4mm，荷载达到31. 7kN时，梁柱相交处首先出现竖向裂缝；梁端位移加至14.8 mm，梁端荷载-位移滞回曲线出现明显拐点，试件进入屈服阶段；当梁端位移向下加至33. 4mm时，梁端荷载达到峰值荷载100. 1kN;当梁端位移向下加至38. 3mm时，梁端荷载降至84. 6kN(约为峰值荷载的
84.5%)，此时梁端裂缝基本贯通，试件破损严重，终止试验。
由于试件B和试件C在进行火灾试验后，混凝土表面已出现损伤，因此在对试件加载时，较试件A更早出现裂缝，裂缝开展速度更快，而且试件破坏时伴有严重的混凝土剥落。除上述现象外，试件B和试件C的试验现象大致与试件A相似，此处不再赘述，各试件的开裂荷载PC、开裂位移△C、屈服荷载P y、屈服位移△y、峰值荷载P max、峰值荷载对应最大位移△max 、破坏荷载P u及破坏位移△u见表2。各试件破坏形态见图9。
2.2滞回曲线与骨架曲线分析
本试验各试件梁端荷载-位移滞回曲线见图10(a)~(c)。由图可知，三个试件的滞回曲线均呈现反S形，表现出剪切破坏特征，有明显的“捏缩”效应，说明试件在加载过程中受到较大的滑移影响。对比各滞回曲线可以看出，试件A的滞回曲线所包围的面积大于试件B和试件C的滞回曲线所包围的面积，表现出更好的耗能能力。此外，试件梁端骨架曲线对比见图10 (d)，从骨架曲线的变化趋势来看，三者变化趋势相似，均经历了弹性一弹塑性。破坏三个阶段。而试件B和试件C的峰值荷载均低于试件A，分别为试件A的峰值荷载的84.3 %和71. 1%，表明火灾会导致试件的承载力降低。
2.3延性和耗能能力
延性是反映节点非弹性变形能力的一个度量指标，本文采用位移延性系数映节点的延性。
根据位移延性系数公式计算可得梁端位移延性系数如表3所示。由表可知，经过火灾试验后的试件B和试件C的延性均受到损失，试件B仍保留了98%的延性，延性损失并不显著，而试件C的延性已降至79.1%。结果表明，火灾时长在60min以内时，对该节点的延性影响不大，随着火灾时间继续增加，延性损失会逐渐增大。
本文选用等效黏滞阻尼系数作为耗能指标，来表示节点耗能能力。根据等效黏滞阻尼系数计算公式与各节点荷载-位移滞回曲线，绘制各节点等效黏滞阻尼系数-位移曲线如图11所示。从图中可以看出，各试件的耗能能力随着试件进入弹塑性阶段，耗能能力均逐渐加强，相比而言，过火后试件的耗能能力由强到弱依次为试件A，B，C。试件B与试件C耗能能力分别为试件A的90.1%和71.8%，过火时间90min后，节点的耗能能力明显下降，原因可能是高温导致混凝土与钢筋间的粘结作用减弱，加载时出现严重的滑移造成的。
2.4刚度退化分析
与普通钢筋混凝土结构相比，SRC结构刚度较大，有抑制裂缝出现与发展的作用，因此，研究过火后SRC柱-RC梁节点的抗震性能，亦需对其刚度退化情况进行研究。
根据试验测得数据，计算并绘制刚度退化曲线如图12所示。由图可见，过火后试件B和试件C的加载初期刚度均明显低于未过火试件A，而试验后期，刚度相差不大。这是由于初期试件的刚度由混凝土提供，而混凝土在经历火灾试验时对内部型钢及钢筋起保护作用，最先受到损伤，因此节点刚度随过火时间增大，刚度明显降低，后期混凝土开裂退出工作，试件的刚度主要由型钢提供，而型钢在火灾后的刚度变化不大，则节点的刚度也相差不大。
3 结论
(1)从总体来讲，过火后的SRC柱-RC梁节点各滞回性能指标均出现下降，并且随过火时间的延长，降低幅度逐渐增大，在60min以内，降低幅度并不明显，而过火时间达到90min及以上时，会出现明显降低。因此，在火灾发生时，将灭火时间控制在90min以内，可以有效降低火灾对SRC结构的损伤，避免因结构损伤过大造成的安全隐患及经济损失。
(2)对于SRC结构的选材、设计等可能对火灾后滞回性能的影响尚待进一步研究。
(3)本文仅研究了竖向地震荷载对火灾后SRC柱-RC梁节点滞回性能的影响，横向地震作用对其滞回性能的影响仍需进一步研究。
