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单调横向荷载作用下预制RC梁的性能
摘要：预制梁，即现有结构系统中的新建梁，可以有效地解决现有楼板系统的使用性和强度问题以及结构抗震力系统的不连续性和不规则性，主要是由于设计和施工错误或某些成员的故意疏忽造成的。这项研究的目的是开发新技术，用于这些梁的后加工并将后加工的梁连接到现有的柱和平板上。在这方面，已计划进行一项实验研究，并在单调垂直载荷下测试了总共16个半尺寸试样，包括3个整体式（平板，圆柱和整体浇铸的梁）试样和13个带有预制梁的试样。预制梁的纵向配筋率以及预制梁与周围柱和平板的连接技术构成了测试参数。 测试表明， 带有预制梁的试样能够达到整体试样的强度和性能。
关键字：延展性梁柱连接；梁板连接；整体行为；混凝土梁。
引言
梁的后期加工，即在现有的结构体系中引入新的梁，可能由于各种原因而需要，包括但不限于结构预期用途的改变、板的过度使用荷载挠度、与新的规范要求和法规不一致、以及设计和施工误差。在竖向构件之间没有横梁的情况下，横向荷载(死荷载、活荷载等)和横向荷载(地震荷载和风荷载)不能正确地传递到竖向承重构件(柱和剪力墙)。楼板的刚性膜效应只有在连续楼板梁存在的情况下才能得到，地震力才能按相对抗弯刚度的比例分配给竖向承载构件。抗侧力路径上的不连续性(即平面布置的不连续性)降低了抗震体系的抗力，使结构的抗震性能难以准确评估。后加工的梁也为防止这些不连续和不规则提供了一个有效的解决方案，并提高了结构体系的横向抗震性能和抗震性能。
预制梁还为具有设计和施工缺陷的钢筋混凝土（RC）结构中的使用性和强度问题提供了有效的解决方案，或者在故意从结构系统中遗漏某些梁的情况下。由于建筑和美学的考虑，结构性RC梁从天花板突出通常是不希望的情况。在建筑结构设计中，RC梁通常位于填充墙下方。如果一个楼层的填充墙的位置在所有其余楼层中均相同，则填充墙与地板梁重合，并且梁不以此方式从天花板突出。否则，除非将天花板悬挂在楼板上，否则地板梁的突出将不可避免。尽管存在于项目中， 但出于美学和经济方面的考虑，有时从梁地板系统中从天花板突出的梁仍被认定为不是非法建造。（忽略）
有时在板中埋入隐藏梁，以代替缺失梁，以解决缺失梁所引起的强度和可维修性问题。这些隐藏的梁是通过在平板中沿着缺失梁的位置安装其他纵向钢筋来构造的。 选择附加纵筋时，使隐藏的等效梁具有与缺失梁相同的弯矩能力。在先前的研究中已经研究了使用隐藏光束的弊端（Mohammed 2011），其中采用纵向配筋率和板厚作为测试参数。总共测试了14个具有相同抗弯能力的半比例RC T型梁和平板在四点弯曲下的破坏。T型梁代表传统的楼板梁，与楼板整体浇铸，而楼板标本代表埋在楼板中的隐藏梁。测试结果表明，等效荷载的板在过度变形高达T型梁变形的五到八倍之后，能够达到T型梁的承载能力，或者它们有时永远无法达到这些承载能力。穆罕默德（2011）指出，嵌入式隐藏梁无法为与缺失梁相关的强度和使用寿命问题提供有效的解决方案。预制混凝土梁代替缺失梁被认为是克服结构中缺失梁的不利影响的替代解决方案。在文献中，没有以前直接对RC梁的后加工进行实验的研究。因此，该研究可以作为该问题的开创性研究。但是，不同类型的梁柱连接是后期加工效率的重要参数，已经受到各种先前的研究。这些研究主要集中在预制混凝土梁与现浇混凝土柱的连接细节上。French等人(1989a)调查了四种不同类型的连接抗弯钢筋混凝土梁被用来提高节点的耗能能力，即后浇，螺纹钢筋，焊接和后浇现浇混凝土（复合材料）。事实证明，螺纹钢筋和复合材料连接在循环地震荷载下对节点性能的贡献比其他两种方法更有效。后来，法国等人（1989b）使用三种不同的连接方式测试了内部和外部梁柱接头，即带螺栓，带普通连接器的螺纹钢筋和带锥螺纹连接器的螺纹钢筋。尽管塑料铰链被迫在连接区域形成，但所有样品的耗能特性均与单片RC连接相当。斯通等（1995）设计并测试了混合梁-柱连接，该连接由完全灌浆或未粘结的低碳钢元件以及粘结或未粘结的后张预应力钢绞线组成。低碳钢元素用来增加接头的能量消散能力，而后张钢则旨在增加接头的抗剪强度。对10个抗弯接头样本进行的实验表明，具有混合连接的样本直到破坏都没有受到重大破坏，并达到了与整体样本相当的弯曲力矩和耗能能力。Cheok等人（1998）对代表多层建筑的2D模型进行了分析，该多层建筑由低碳钢元件和后张预应力钢绞线组成，具有混合的梁柱连接。静态推覆和非弹性时程分析表明，与具有整体连接的结构相比，具有预制混合连接的结构具有更大的延性和较小的横向位移。Korkmaz和Tankut（2005）通过实验发现，将顶部钢筋焊接到连接区域中的一块板上，并在重叠的顶部钢筋周围提供更紧密间隔的箍筋，可以改善在反向循环地震荷载作用下的抗弯梁-柱连接的性能。Ertas等人（2006）使用现浇，焊接和螺栓连接测试的RC梁柱试样。标本由安置在RC柱梁上或直接用螺栓固定到柱上的预制梁组成。修改后的螺栓连接在测试的连接类型中达到了最高的耗能值，被证明是最适合地震带的连接类型。根据Restrepo等人开发的连接详细信息。(1993, 1995），Khoo等人。（2006）研究了在远离柱面的梁跨上构造梁-柱连接的影响，以便塑料铰接区对柱的影响很小。连接是通过将90°和180°的钩子重叠，嵌入预制梁构件和现浇梁-柱构件中并在重叠的钩子上安装箍筋而形成的。准静态地震测试表明，具有连接关系的样本能够保持其极限载荷能力， 直至2.5％的层间漂移率，并达到显着的韧性模量（MOT）值， 而在接缝区域没有任何重大损坏。Li等人（2009）发现，将预制混凝土梁连接到现浇RC柱的钢角提供的约束作用，防止了在连接区域内发生塑性铰并显着提高了元件的延展性指标。Hawileh等人开发的非线性3D有限元模型。（2010）能够估计 由Cheok和Stone测试的梁-柱混合连接（后张预应力钢绞线和低碳钢） 的破坏模式（1994).Vidjeapriya 和Jaya （ 2012, 2013）测试的RC连接试样，由安置在圆柱梁上的预制梁组成， 并通过J型螺栓或钢制角钢和螺栓连接到梁上。人们发现，随着将预制梁连接到牛腿和柱子的螺栓数量的增加，样品的延展性增加。Kurtoğlu (2013）测试了带钢型材和锚杆的梁柱试
件，柱节点，即，后张预应力，螺纹钢筋，焊接，和后张预应力与现浇混凝土(复
合)。螺纹钢筋和复合材料连接对节点抗震性能的影响比其他两种方法更为显
著。后来，French等人(1989b)测试了内部和外部梁柱节点的三种不同类型的连接 ，即螺栓，螺纹钢筋与普通耦合器，螺纹钢筋与锥形螺纹弯头。尽管塑性铰是 在连接区形成的，但所有试件的耗能特性与钢筋混凝土整体节点相当。斯通等人(1995)设计和测试混合梁柱连接，完全灌浆或无粘结低碳钢元件和粘结或无粘结后张拉钢绞线。与试样相连的低碳钢元件。测试表明，细节连接元件的固定迫使塑料铰链在连接区域之外发生。这样，具有混合连接的标本的抗震性能接近整体性能。在现有平板下方安装钢梁以形成钢-混凝土复合结构系统，似乎比后预制混凝土梁更容易，以修复缺少梁的现有平板。钢-混凝土组合梁由抵抗荷载的钢型材和平板组成。在钢筋混凝土复合系统中，抗剪栓钉连接（大部分焊接）在钢梁的上表面，以抵抗梁-板界面上的纵向剪力，随后将板浇铸在梁上（Ban et al. 2015).相比之下，在缺少梁的楼板修复中，楼板存在于适当位置， 钢梁需要安装在当前楼板下方。平板的模板在混凝土浇铸过程中会变形，从而导致平板的底面在一定程度上呈波浪形， 而不是在混凝土硬化后变平。该波浪形拱腹将防止钢梁的顶表面与板坯的拱腹完全接触，这将导致繁琐的额外工作以将钢梁连接到板坯下方。此外，将梁连接至平板需要精巧而费时的程序，以在施加载荷的情况下为构件提供完全的复合作用。由于在现有板下方安装钢梁的这些缺点，RC梁的后制造代替缺失的梁为混凝土板的修复提供了有效的替代解决方案。预制混凝土梁除了可以代替缺失的梁外，还可以为楼板提供结构加固的替代方案，由于结构用途的变化，在引入新的活荷载时，这些梁容易出现使用性问题。在这项开创性研究中，旨在通过应用于预制RC梁的不同梁-柱和梁-平板连接方法来实现整体梁的性能（与周围构件整体浇铸梁）。效率在轻度，中度和重度RC梁中研究了各种梁柱和梁平板的连接方法。在这项广泛而系统的实验研究中，还进行了另一项实验（在标本HAHr上进行的实验），以改善预制梁的性能。测试样本的设计旨在克服在真实结构中混凝土梁的后加工中可能遇到的困难。根据屈服和极限载荷，延展性，初始刚度和能量吸收能力评估了测试结果。
实验研究
样本
在本研究中，共测试了16个半比例RC梁，其中包括3个参考整体梁。在整体式试样中，梁与平板和圆柱段整体浇铸。整体和预制试样的尺寸和加固细节在图1和2中示出，分别是2和3，样品的设计基于土耳其在实践中使用的常见光束尺寸， 同时考虑了测试装置的局限性。因此，参考样本由125毫米宽和250毫米长组成
平面内梁，厚75毫米，宽575毫米的板段，横截面为125times;250 mm的圆柱以及横截面为125times;250 mm的平面外梁。每个测试样品的总长度为3 m。梁端的立柱的取向应使梁中的平面内弯矩产生绕其中一列的强轴的弯矩，而绕着另一列的弱轴的弯矩（图.3)通过这种方式，可以针对两个列方向研究梁的后制造效率。每个样品的平板段用Oslash;5钢筋加固，在两个垂直方向上的中心间距为80 mm。每个柱段包含10个Oslash;10纵向钢筋。平面外梁具有三个Oslash;10张力和三个Oslash;10压缩加强件以及Oslash;6= 75毫米的两足箍筋（图.3)预制试样的梁半跨内的箍筋支腿 设计成在梁与板之间提供比在抗拉加固中的总力更高的界面 剪切强度。预制梁的纵向配筋率（低，中，高），预制梁与柱的连接方法（机械连接，环氧粘结锚固），梁与平板的连接方法（环氧粘结U）-箍筋或全箍筋），并采用支撑柱的方向作为本研究的测试参数。低，中等和高增强率分别对应于0.52％， 1.09％和1.57％的拉伸增强率。表信息1.中列出了测试样品的详细信息。选择样本符号的方式应使这些符号指定测试参数。第一个大写字母表示纵向钢筋比率。字母L，M和H分别对应于轻，中和重RC光束。相比之下，第二个大写字母定义了各列的连接方法。字母R，M和A分别对应于单片（参考），机械（螺栓） 连接和锚固加固连接。最后，最后一个大写字母表示板的连接方法。字母H和U分别表示固定在楼板上的全矩形箍筋（箍形）和U型箍筋。除了预先计划的实验外，还测试了另一个标本HAHr，以研究改进的锚固细节对重载钢筋的弯曲行为的影响。
该样本的符号中使用字母r来将其与样本HAH区分开。HAH和HAHr仅在锚固加固的细节上有所不同，也就是说，HAHr 的锚固加固是HAH的两倍。在这项研究中测试了三个参考（对照）样本。轻度增强的控制试样LRH用三个Oslash;8张力和两个Oslash;8压缩筋进行了加固。中等强度的控制样品MRH包含四个Oslash;10张力和两个Oslash;10压缩钢筋，而重度增强的控制梁HRH分别在拉伸和压缩侧分别带有四个Oslash;12和两个Oslash;12钢筋（图.2）样品的纵向增强比是根据土耳其标准TS 500（TSI 2000).轻度和重度钢筋试样的受力比等于TS 500中挠性构件的最小（rho;分）和最大（rho;最大值）纵向钢筋极限(TSI 2000).中等强度RC梁的纵向钢筋比约为这两个极限的平均值。在所有平面梁中，均使用了间距为75 mm的Oslash;6箍筋，并在箍的末端使用了135°的钩子。
预制梁通过全矩形或U型箍筋连接到楼板（表1），中心间距为75毫米。整个箍筋的支脚穿过板中的预钻孔延伸，在板上方成90°弯曲，并相互焊接。相比之下，U型箍筋的支腿延伸穿过板中75毫米深的孔，并用环氧粘合剂固定在这些孔上（图.4–6)
带锚的标本的柱连接细节加固如(图.4)因此，在轻度，中度和重度增强的后加工样品中的锚固钢筋包括两个埋入长度为450 mm的Oslash;8钢筋，两个埋入长度为450 mm的Oslash;10钢筋和两个埋入长度为的Oslash;12钢筋。光束分别为500毫米。锚杆的数量和嵌入长度是根据TS 500中给出的方法确定的（TSI 2000).锚杆延伸穿过柱中125毫米深度的孔，并且孔中填充了环氧树脂。在所有带有锚固加固柱连接的样本中，面内梁的宽度为125 mm，与参考样本的尺寸相似。
具有机械柱连接的试样（带螺母的螺纹杆）的连接细节如(图.5)所示
螺纹杆在平面梁中的嵌入长度与带有锚固钢筋连接的标本的值相同，但是杆直径不同，因为螺纹杆和螺栓的能力是根据基础（无螺纹）计算的钢筋的直径不同于常规钢筋的能力计算。基于这些计算，在轻，中，重钢筋混凝土梁中使用了两个M14，两个M16和两个M20螺纹钢筋。只有通过螺母将螺杆固定到色谱柱的两个面上，才能实现机械色谱柱连接。但是， 在实际操作中，另一个平面光束可能会从柱子的外表面投射出来，这将阻止在螺母的帮助下将杆固定到柱子的表面。在立柱另一侧的梁的存在使得后加工梁到立柱的机械连接成为不可能。
为克服此问题，具有机械柱连接的预制梁的宽度设计为225 mm而不是125
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