在研究多种预制混凝土框架梁柱连接的基础上，课题组结合框架结构的受力特点和施工的便捷性，提出一种应用于框架结构体系的新型预应力梁柱连接形式，该连接结合了预应力筋和非对称配筋的普通钢筋，称为不对称混合连接。该连接的具体形式如下：预制梁、柱的连接通过后张预应力及梁截面上部普通钢筋连接形成整体。预应力筋穿过预留孔道将柱两侧横梁连接在一起，可根据需要向孔道灌浆或者不灌浆，形成有粘结或者无粘结预应力连接。预应力筋在设计地震作用下始终保持弹性，结构非线性变形主要发生在梁柱接缝，梁柱连接面采用纤维砂浆或高强灌浆料作为连接材料，梁柱连接面普通钢筋采用机械连接方式连接，在梁端部设普通钢筋无粘结段。在地震荷载作用下，梁柱接缝张开，预应力筋拉力增加，产生恢复力使接缝闭合，将梁柱拉回原来的位置；普通钢筋在竖向荷载作用下，承担梁截面弯矩荷载；在地震荷载作用下，随着接缝的张开和闭合交替受拉和受压，起到耗散地震能量的作用。该连接仅在梁上部叠合层后浇混凝土内埋设普通钢筋与预埋在柱内的钢筋通过直螺纹套筒连接，给施工带来了很大的便利性（图4-12）；梁柱接触面压接处涂抹环氧树脂黏合剂，梁端剪力依靠梁柱接触面预压力产生的摩擦力进行传递。

图4-12　不对称混合连接示意图

1）试验研究

为了研究预制框架梁柱混合连接的抗震性能，进行了三组不对称混合连接边框架节点的足尺试验。梁截面尺寸为h×b=550 mm×250 mm，长度为1.9 m；柱截面尺寸为h×b=500 mm×400 mm，长度为1.8 m。柱完全预制，梁为预制叠合梁，在梁和柱内相应位置预留预应力孔道。梁上部离梁端300 mm处预留600 mm×100 mm的缺口，普通耗能钢筋从缺口处穿入预留孔道与柱内的普通钢筋采用机械套筒连接。试件加工图纸见图4-13，具体参数见表4-1。

图4-13　试件加工图

表4-1　试件的主要设计参数

混凝土强度设计等级为C50，细石混凝土设计强度为C40。各项材料性能在东南大学结构实验室里测定。试件主要材料的材料力学性能见表4-2和表4-3。

表4-2　试件主要材料性能（单位：MPa）

表4-3　普通钢筋的力学性能

试验在东南大学结构实验室的节点试验机上完成，加载装置示意图如图4-14所示。

图4-14　节点试验加载装置示意图

图4-15　试验力-位移混合控制加载程序图

柱顶采用200 t油压手动千斤顶施加轴向力，梁端通过上下两个液压千斤顶模拟低周反复荷载。梁端加载时，第1～3次循环加载到理论屈服荷载的50%、70%、100%。当梁端第一次达到屈服荷载时，定义为位移延性系数μΔ=1，进入位移控制节点，取梁端屈服时位移的倍数来逐级加载，即μΔ=2，3，…。在每级变形值下反复循环2～3次，图4-15为试验力-位移混合控制加载程序图。当荷载值低于最高荷载值（Pmax）的80%～85%时，认为试件破坏，停止加载。

2）试验现象

试件1正向加载至25.3 kN时，接触面上部开裂。负向加载至16.7 kN时，接触面下部开裂。正向加载至60 kN时，后浇混凝土与预制梁缺口部位出现垂直裂缝，随着楼层转角的增加，接触面裂缝增大；梁身裂缝也增多，但裂缝基本集中在预制梁缺口后浇混凝土部分。加载到2Δ时，梁混凝土出现斜裂缝，并随着荷载的增加向截面中部开展。当楼层转角为0.03时，接触面附近的梁截面上下混凝土呈三角形剥落，接触面裂缝宽度为25 mm。加载到4Δ时，极限楼层转角达到0.049，梁柱节点核心区出现45°交叉斜裂缝。第二次循环中，极限承载力小于峰值承载力的85%，构件破坏。卸载后，所有裂缝均能够闭合，梁端残余变形约为25 mm。

试件2正向加载至29.8 kN时，梁柱接触面上部开裂，负向加载至24 kN时，接触面下部开裂。裂缝宽度为0.1 mm，接触面裂缝张开后，迅速向中和轴方向延伸至1/4梁高的范围。位移控制阶段，1Δ加载时，正向加载至楼层转角0.007 5，梁缺口后浇混凝土与预制梁缺口侧边出现裂缝。负向加载至楼层转角0.007 4时，梁侧面上部约1/3梁高处出现第一条斜裂缝，沿约45°向下开展。3Δ阶段，向上加载至楼层转角为0.026时，接触面附近的梁上部混凝土有压碎迹象，上部保护层混凝土呈现鳞状剥落。4Δ第二次循环时，上部混凝土被压碎，混凝土保护层完全剥落，剥落长度约为1/3梁高。同时，构件的承载力下降至峰值承载力的85%以下，构件破坏。

试件3正向加载至19.2 kN时，接触下部开裂，负向加载至28.8 kN时，接触面上部开裂。2Δ加载阶段，楼层转角达0.02时，接触面附近梁上下混凝土保护层均出现受压斜裂缝。第二次循环中，接触面裂缝宽度最大为8 mm，在梁上部的接近保护层核心区又出现两条平行的斜裂缝。3Δ加载阶段，当楼层转角为0.025时，梁混凝土保护层开始剥落。4Δ第二次循环，当楼层转角为0.037时，上部混凝土被压碎，构件承载力下降至峰值承载力的85%以下，构件破坏。

整个过程中，混凝土柱并未出现裂缝，从三个试件的破坏形态来看，均为梁端出现“塑性铰”的弯曲破坏，符合“强柱弱梁”的要求。三个试件的最终破坏形态如图4-16所示。

图4-16　试件最终破坏形态

3）试验结果分析

（1）主要试验结果

主要试验结果见表4-4。

表4-4　普通钢筋的力学性能

（2）滞回曲线

本次试验三个试件的荷载-位移滞回曲线如图4-17所示。

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图4-17　试件荷载-位移滞回曲线

三个试件的滞回曲线显示有明显的捏缩现象，整体形状均呈S形，预应力效应明显，变形恢复能力较强，曲线呈不对称形状，正向加载的曲线更为饱满。试件开裂以前，滞回环接近直线。试件开裂至屈服阶段，滞回环逐渐偏离原来的直线形，包含的面积逐渐扩大。正向加载时，曲线由S形逐渐过渡到弓形，显示出现浇混凝土节点的滞回特征。负向加载时，曲线比较陡峭，试件变形恢复能力较强，表现出明显的预应力混凝土节点的滞回特征。

试件1的最大楼层转角达到0.049，结构变形能力良好。构件达到屈服以后，随着梁端位移的增加，试件承载力一直在增加，梁端位移达到100 mm时，在该位移下的第二次循环承载力下降至峰值点的85%以下，试件破坏，残余变形较大。

试件2的最大楼层转角为0.037，变形能力与试件1相比较为不足。在梁端位移达到75 mm时的第二次循环时，承载力已经下降到最大承载力的85%以下，构件破坏，最终残余变形小于试件1。试件2的屈服荷载大于试件1的屈服荷载。

试件3的最大楼层转角为0.037，屈服荷载小于试件1和试件2，骨架曲线带有明显的下降段。试件3屈服后，滞回环面积逐渐增大，但由于普通耗能钢筋的面积小于试件1和试件2的，滞回环的面积也较小。

（3）骨架曲线

三个试件的骨架曲线如图4-18所示。三个试件均经历了开裂—屈服—破坏三个主要阶段。普通耗能钢筋仅配置在梁截面上部，正向加载的承载力大于负向加载的承载力。

（4）刚度及其退化

刚度退化是结构动力性能的重要特点之一，试件的刚度采用割线刚度的形式进行比较，见图4-19。

图4-18　骨架曲线

图4-19　试件刚度退化曲线

可以看出，三个试件的初始刚度比较接近，负向加载时的刚度退化比正向加载时的刚度退化速度要快。预应力的存在，提高了构件的刚度，预应力越大，构件刚度提高越大。

（5）节点延性

延性是衡量结构抗震性能的重要指标之一，构件或者结构延性常用位移延性系数表示，即极限位移与屈服位移之比。三个试件的位移延性系数见表4-5。

表4-5　试件位移延性系数

试件1～试件3的位移延性系数在3.75～5.0之间，表现出较好的延性。三个试件的延性大小关系为：试件1＞试件3＞试件2，说明截面初始压应力越大，构件的延性越低。

（6）试件的耗能性能

结构在地震荷载作用下的耗能能力常用等效黏滞阻尼系数表示，即滞回曲线一周所耗散的能量与假想的弹性直线在达到相同位移时所包围的面积之商乘以系数1/（2π）。三个试件在屈服、达到峰值和破坏时的等效黏滞阻尼系数见表4-6。

表4-6　试件的等效黏滞阻尼系数

由表4-6可以看出：

①随着位移的增加，等效黏滞阻尼系数逐渐增大，表明构件的耗能能力随着加载位移的增加逐渐增强。

②试件1的等效黏滞阻尼系数最大，耗能能力最强。试件2与试件1相比，只有预应力度较高，但等效黏滞阻尼系数较小，说明预应力度降低耗能能力。

③试件3的耗能钢筋面积仅为试件1和试件2的2/3，但由于其普通钢筋的无粘结段长度较短，屈服后应变增长率大于试件1和试件2，所以最终试件3的耗能能力并没有降低太多，仅比试件1下降约20%，比试件2下降约10%。所以，合理优化普通钢筋的配筋率和无粘结段长度以及初始预应力的大小，可以改善不对称混合连接的耗能能力。

4）主要结论

通过对三个不对称混合连接试件的低周反复荷载试验研究，可以得出以下结论：

（1）试验结束时，试件1～试件3的层间位移角分别为0.049、0.037、0.037，说明不对称混合连接具有较强的变形能力。通过合理的设计，可以使得该连接的破坏呈现为梁铰机制破坏。试验中未观察到接触面有剪切滑移，说明在不设置牛腿的情况下，该连接能够依靠摩擦力满足抗剪要求。

（2）试件的开裂荷载大小主要与截面混凝土的初始有效预压应力有关，普通钢筋的不对称配置对正向加载和负向加载的开裂荷载影响较小。增加初始预应力能够提高试件的屈服荷载。

（3）由于预应力的作用，三个试件的残余变形较小，滞回曲线均有明显的捏缩现象。预应力的存在，提高了构件的刚度，预应力越大，构件刚度提高越大。

（4）由于普通耗能钢筋的不对称配置，三个试件的滞回曲线均呈现明显的不对称形态。正向加载时，曲线相对饱满，耗能能力较强；负向加载时，曲线比较狭窄，耗能能力较差，三个试件的最大等效黏滞阻尼系数在8%～10%之间。

（5）试件的初始预应力大小、普通耗能钢筋的配筋率和无粘结段长度均对试件的延性、耗能能力有影响，优化普通耗能钢筋的配筋率与无粘结段长度可以提高不对称混合连接的耗能能力。