低軸壓比下新型裝配式柱腳抗震性能的多維度探究與解析一、緒論1.1研究背景與意義隨著全球建筑業(yè)的快速發(fā)展，裝配式建筑作為一種新型建筑方式，近年來得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用。裝配式建筑通過在工廠預(yù)制構(gòu)件，再運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場進(jìn)行組裝，大大提高了施工效率，減少了現(xiàn)場濕作業(yè)和建筑垃圾的產(chǎn)生，符合可持續(xù)發(fā)展的理念。在政策推動與技術(shù)發(fā)展的雙重作用下，我國裝配式建筑取得了顯著進(jìn)展。住建部數(shù)據(jù)顯示，2023年全國新開工裝配式建筑面積達(dá)12.8億平方米，占新建建筑比例突破40%，較2016年的2.9%實現(xiàn)指數(shù)級增長，長三角、珠三角等重點推進(jìn)地區(qū)滲透率已超50%，形成了以中建科技、遠(yuǎn)大住工為代表的龍頭企業(yè)矩陣。在裝配式建筑中，框架柱腳作為連接上部結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的關(guān)鍵部位，其抗震性能直接影響著整個建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性和穩(wěn)定性。在“大震不倒”的設(shè)計理念下，傳統(tǒng)的抗震設(shè)計方法主要側(cè)重于確保結(jié)構(gòu)在強烈地震作用下不發(fā)生倒塌，保障人員生命安全。然而，這種設(shè)計理念存在一定的局限性。一方面，在遭遇超過設(shè)計預(yù)期的強烈地震時，雖然結(jié)構(gòu)可能不至于完全倒塌，但往往會遭受嚴(yán)重的破壞，修復(fù)難度極大，甚至失去修復(fù)價值。另一方面，“大震不倒”的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)主要關(guān)注結(jié)構(gòu)的承載能力極限狀態(tài)，而對于結(jié)構(gòu)在地震后的殘余變形、損傷分布以及可修復(fù)性等方面考慮不足。這就導(dǎo)致在地震過后，許多建筑雖然外觀上看似未倒塌，但內(nèi)部結(jié)構(gòu)已嚴(yán)重受損，無法繼續(xù)正常使用，需要耗費大量的人力、物力和財力進(jìn)行拆除重建，造成了資源的極大浪費和環(huán)境的破壞。建筑結(jié)構(gòu)在遭受地震災(zāi)害后，震后修復(fù)是一個至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的裝配式柱腳在地震中容易出現(xiàn)嚴(yán)重的破壞模式，如柱腳混凝土壓碎、鋼筋屈服斷裂、節(jié)點連接失效等。這些破壞不僅導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性大幅下降，而且使得震后修復(fù)工作變得異常困難和復(fù)雜。由于柱腳是結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵傳力部位，一旦受損，需要對整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行全面的評估和加固，修復(fù)過程中需要拆除大量受損構(gòu)件，重新澆筑混凝土、焊接或連接鋼筋，施工難度大、工期長、成本高。而且，經(jīng)過修復(fù)后的結(jié)構(gòu)往往難以完全恢復(fù)到震前的性能水平，存在一定的安全隱患。低軸壓比柱腳的研究對于裝配式建筑的抗震性能提升和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。在地震作用下，低軸壓比的柱腳能夠展現(xiàn)出更好的變形能力和耗能能力。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到地震力的反復(fù)作用時，低軸壓比柱腳可以通過自身的塑性變形來吸收和耗散地震能量，從而減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，降低結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌的風(fēng)險。低軸壓比柱腳還可以有效控制結(jié)構(gòu)的殘余變形。在地震結(jié)束后，結(jié)構(gòu)的殘余變形較小，這使得建筑在震后更容易進(jìn)行修復(fù)和加固，減少了修復(fù)成本和時間，提高了建筑的可恢復(fù)性。從可持續(xù)發(fā)展的角度來看，低軸壓比柱腳的應(yīng)用可以減少建筑在地震后的拆除重建需求，降低資源浪費和環(huán)境污染。這不僅符合我國綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，也有助于提高建筑行業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。通過對低軸壓比新型裝配式柱腳的研究，可以為裝配式建筑的設(shè)計和應(yīng)用提供更加科學(xué)、合理的依據(jù)，推動裝配式建筑在地震多發(fā)地區(qū)的廣泛應(yīng)用和發(fā)展。1.2研究目的本研究旨在深入探究低軸壓比新型裝配式柱腳在地震作用下的抗震性能，通過試驗研究和理論分析，全面揭示其破壞機理、滯回性能、耗能能力、剛度退化規(guī)律以及殘余變形特征。具體而言，本研究的目標(biāo)包括以下幾個方面：對比分析不同柱腳類型的抗震性能：通過開展低周反復(fù)荷載試驗，對低軸壓比現(xiàn)澆柱腳、傳統(tǒng)裝配式柱腳和新型裝配式柱腳進(jìn)行對比研究，明確新型裝配式柱腳在承載能力、耗能能力、延性和殘余變形等方面與其他柱腳類型的差異，評估其抗震性能的優(yōu)劣。揭示新型裝配式柱腳的破壞模式和抗震機理：詳細(xì)觀察新型裝配式柱腳在試驗過程中的破壞現(xiàn)象，分析其破壞模式的發(fā)展過程，深入研究其在地震作用下的內(nèi)力分布和變形機制，揭示其抗震機理，為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計提供理論依據(jù)。確定影響新型裝配式柱腳抗震性能的關(guān)鍵因素：通過改變試驗參數(shù)，如軸壓比、鋼筋配置、連接方式等，系統(tǒng)研究各因素對新型裝配式柱腳抗震性能的影響規(guī)律，確定影響其抗震性能的關(guān)鍵因素，為設(shè)計提供關(guān)鍵參數(shù)。建立新型裝配式柱腳的設(shè)計方法和理論模型：基于試驗結(jié)果和理論分析，建立適用于低軸壓比新型裝配式柱腳的設(shè)計方法和理論模型，提出合理的設(shè)計建議和構(gòu)造措施，為其在實際工程中的應(yīng)用提供技術(shù)支持。為裝配式建筑的推廣應(yīng)用提供技術(shù)支撐：通過本研究，為裝配式建筑的設(shè)計和施工提供科學(xué)依據(jù)，提高裝配式建筑在地震區(qū)的應(yīng)用安全性和可靠性，推動裝配式建筑的廣泛應(yīng)用和發(fā)展，促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀裝配式框架柱腳作為裝配式建筑的關(guān)鍵連接部位，其抗震性能的研究一直是國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的重點。國內(nèi)外針對裝配式框架柱腳的研究主要集中在連接方式、破壞模式、抗震性能指標(biāo)以及設(shè)計方法等方面。在國外，裝配式建筑起步較早，相關(guān)研究也較為深入。美國、日本、歐洲等國家和地區(qū)在裝配式框架柱腳的研究和應(yīng)用方面取得了顯著成果。美國在裝配式柱腳研究中，著重關(guān)注節(jié)點的耗能機制與地震響應(yīng)控制。通過在柱腳設(shè)置特殊的耗能元件，如粘彈性阻尼器、金屬屈服型阻尼器等，有效提升了柱腳的耗能能力和抗震性能。美國規(guī)范對裝配式柱腳的設(shè)計提出了明確要求，強調(diào)了節(jié)點的強度、剛度和延性設(shè)計，以確保結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性。日本由于地處地震頻發(fā)帶，對裝配式建筑的抗震性能要求極高。日本學(xué)者對裝配式柱腳進(jìn)行了大量的試驗研究和理論分析，提出了多種新型的柱腳連接方式，如預(yù)埋螺栓連接、焊接連接、套筒灌漿連接等，并對這些連接方式的抗震性能進(jìn)行了深入研究。日本的裝配式建筑規(guī)范對柱腳的設(shè)計、施工和驗收都有嚴(yán)格的規(guī)定，以保證結(jié)構(gòu)在地震中的可靠性。歐洲則側(cè)重于裝配式柱腳的標(biāo)準(zhǔn)化和工業(yè)化生產(chǎn)，通過制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，提高了裝配式柱腳的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。在抗震性能研究方面，歐洲學(xué)者采用先進(jìn)的數(shù)值模擬方法和試驗技術(shù)，對裝配式柱腳的力學(xué)性能和破壞機理進(jìn)行了深入研究，為裝配式建筑的設(shè)計和應(yīng)用提供了有力的支持。國內(nèi)對裝配式框架柱腳的研究起步相對較晚，但近年來隨著裝配式建筑的快速發(fā)展，相關(guān)研究也取得了豐碩的成果。在連接方式方面，國內(nèi)學(xué)者對套筒灌漿連接、漿錨連接、螺栓連接等傳統(tǒng)連接方式進(jìn)行了大量的試驗研究和理論分析，深入研究了這些連接方式的受力性能、破壞模式和抗震性能，并提出了相應(yīng)的設(shè)計方法和構(gòu)造措施。針對套筒灌漿連接，研究了灌漿料的性能、套筒的選型和布置方式對連接性能的影響；對于漿錨連接，分析了漿錨孔的尺寸、鋼筋的錨固長度和灌漿質(zhì)量對連接可靠性的影響。國內(nèi)學(xué)者還積極探索新型的柱腳連接方式，如榫卯連接、預(yù)應(yīng)力連接等。榫卯連接借鑒了傳統(tǒng)木結(jié)構(gòu)的連接方式，具有良好的耗能能力和自復(fù)位性能；預(yù)應(yīng)力連接則通過施加預(yù)應(yīng)力，提高了柱腳的承載能力和變形能力。在破壞模式研究方面，國內(nèi)外學(xué)者通過試驗研究和數(shù)值模擬，對裝配式框架柱腳在地震作用下的破壞模式進(jìn)行了系統(tǒng)分析。研究表明，裝配式框架柱腳的破壞模式主要包括混凝土壓碎、鋼筋屈服、節(jié)點連接失效等。在低周反復(fù)荷載作用下，柱腳的破壞過程通常表現(xiàn)為混凝土首先出現(xiàn)裂縫，隨著荷載的增加，裂縫逐漸擴展，鋼筋開始屈服，最終導(dǎo)致節(jié)點連接失效，柱腳喪失承載能力。不同的連接方式和構(gòu)造措施會對柱腳的破壞模式產(chǎn)生顯著影響，合理的設(shè)計可以有效延緩柱腳的破壞，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。在抗震性能指標(biāo)研究方面，國內(nèi)外學(xué)者主要關(guān)注裝配式框架柱腳的滯回性能、耗能能力、延性和剛度退化等指標(biāo)。通過試驗研究和數(shù)值模擬，分析了這些指標(biāo)與柱腳連接方式、軸壓比、鋼筋配置等因素之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明，裝配式框架柱腳的滯回曲線反映了其在反復(fù)荷載作用下的變形和耗能特性，良好的滯回性能可以使柱腳在地震中吸收更多的能量，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)；耗能能力是衡量柱腳抗震性能的重要指標(biāo)，通過合理設(shè)計柱腳的連接方式和構(gòu)造措施，可以提高柱腳的耗能能力，增強結(jié)構(gòu)的抗震能力；延性是指結(jié)構(gòu)在破壞前的變形能力，較高的延性可以使結(jié)構(gòu)在地震中發(fā)生較大的變形而不倒塌，提高結(jié)構(gòu)的抗震安全性；剛度退化是指結(jié)構(gòu)在地震作用下剛度逐漸降低的現(xiàn)象，研究剛度退化規(guī)律可以為結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計和加固提供依據(jù)。盡管國內(nèi)外在裝配式框架柱腳的研究方面取得了一定的成果，但仍存在一些不足之處?，F(xiàn)有研究主要集中在常規(guī)軸壓比下的柱腳抗震性能，對于低軸壓比情況下的研究相對較少。而在實際工程中，一些結(jié)構(gòu)可能處于低軸壓比狀態(tài)，如大跨度建筑、高層結(jié)構(gòu)的上部樓層等，低軸壓比柱腳的抗震性能對這些結(jié)構(gòu)的安全性具有重要影響。不同連接方式的裝配式柱腳在復(fù)雜地震作用下的性能差異研究還不夠深入，缺乏系統(tǒng)的對比分析。在實際地震中，地震波具有復(fù)雜性和不確定性，不同連接方式的柱腳在這種復(fù)雜荷載作用下的響應(yīng)和破壞機制尚不完全清楚?，F(xiàn)有研究大多基于試驗和數(shù)值模擬，對于裝配式框架柱腳的設(shè)計方法和理論模型還需要進(jìn)一步完善和驗證，以提高其在實際工程中的應(yīng)用效果。1.4研究方法和創(chuàng)新點為實現(xiàn)研究目標(biāo)，本研究將綜合運用多種研究方法，從不同角度深入探究低軸壓比新型裝配式柱腳的抗震性能。在試驗研究方面，通過設(shè)計并制作不同類型的柱腳試件，包括低軸壓比現(xiàn)澆柱腳、傳統(tǒng)裝配式柱腳和新型裝配式柱腳，開展低周反復(fù)荷載試驗。試驗過程中，嚴(yán)格控制加載制度，精確測量試件的荷載-位移曲線、應(yīng)變分布、裂縫開展等數(shù)據(jù)，并詳細(xì)記錄試件的破壞現(xiàn)象和過程。通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，對比不同柱腳類型的抗震性能指標(biāo)，如滯回性能、耗能能力、延性、剛度退化等，為后續(xù)研究提供可靠的試驗依據(jù)。在數(shù)值模擬方面，利用有限元分析軟件建立新型裝配式柱腳的數(shù)值模型，模擬其在地震作用下的力學(xué)行為。通過合理選擇材料本構(gòu)模型、單元類型和接觸關(guān)系，確保模型能夠準(zhǔn)確反映柱腳的實際工作狀態(tài)。將數(shù)值模擬結(jié)果與試驗結(jié)果進(jìn)行對比驗證，進(jìn)一步完善和優(yōu)化模型。在此基礎(chǔ)上，通過改變模型的參數(shù)，如軸壓比、鋼筋配置、連接方式等，進(jìn)行參數(shù)分析，深入研究各因素對柱腳抗震性能的影響規(guī)律。在理論分析方面，基于試驗研究和數(shù)值模擬結(jié)果，結(jié)合結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)和抗震設(shè)計理論，對新型裝配式柱腳的抗震機理進(jìn)行深入分析。建立柱腳的力學(xué)模型，推導(dǎo)其承載力、變形和耗能的計算公式，為設(shè)計方法和理論模型的建立提供理論支持。本研究的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：新型柱腳構(gòu)造：提出一種新型的裝配式柱腳構(gòu)造形式，通過在柱腳部位采用特殊的連接方式和構(gòu)造措施，如增設(shè)耗能元件、優(yōu)化鋼筋布置等，有效提高柱腳的耗能能力和變形能力，使其在低軸壓比情況下仍能保持良好的抗震性能。多參數(shù)綜合研究：系統(tǒng)研究軸壓比、鋼筋配置、連接方式等多個參數(shù)對新型裝配式柱腳抗震性能的影響，通過全面的參數(shù)分析，揭示各參數(shù)之間的相互作用關(guān)系，為柱腳的優(yōu)化設(shè)計提供更全面、準(zhǔn)確的依據(jù)。試驗與數(shù)值模擬結(jié)合：將試驗研究與數(shù)值模擬有機結(jié)合，充分發(fā)揮試驗研究的直觀性和可靠性以及數(shù)值模擬的高效性和靈活性。通過試驗驗證數(shù)值模型的準(zhǔn)確性，利用數(shù)值模型進(jìn)行大量的參數(shù)分析和工況模擬，拓展研究的深度和廣度。設(shè)計方法創(chuàng)新：基于試驗研究、數(shù)值模擬和理論分析結(jié)果，建立適用于低軸壓比新型裝配式柱腳的設(shè)計方法和理論模型，提出合理的設(shè)計建議和構(gòu)造措施，填補了低軸壓比柱腳設(shè)計方法的空白，為實際工程應(yīng)用提供了有力的技術(shù)支持。二、低軸壓比裝配式柱腳試驗研究2.1試件設(shè)計與制作2.1.1試件設(shè)計思路本試驗旨在研究低軸壓比新型裝配式柱腳的抗震性能，共設(shè)計了3個試件，包括1個低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）、1個傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）和1個新型裝配式柱腳試件（SJ-10）。試件的設(shè)計依據(jù)相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，如《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）、《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》（GB50011-2010）等，并參考了以往類似試驗的研究成果。試件采用縮尺模型，按照1:2的比例進(jìn)行設(shè)計，以方便制作和試驗操作。柱的截面尺寸為250mm×250mm，高度為1200mm，基礎(chǔ)的尺寸為1000mm×1000mm×300mm。在材料選擇上，混凝土強度等級為C30，鋼筋采用HRB400級鋼筋。這種材料組合既能滿足結(jié)構(gòu)的強度要求，又能較好地模擬實際工程中的情況。對于連接方式，現(xiàn)澆柱腳采用傳統(tǒng)的整體澆筑方式，確保其整體性和穩(wěn)定性；傳統(tǒng)裝配式柱腳采用預(yù)埋螺栓連接，這是目前常用的裝配式柱腳連接方式，具有一定的代表性；新型裝配式柱腳則采用套筒灌漿連接，并在柱腳增設(shè)了耗能元件，如粘彈性阻尼器，通過在柱腳設(shè)置耗能元件，能夠在地震作用下有效耗散能量，減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)。在軸壓比的設(shè)置上，根據(jù)實際工程中低軸壓比的情況，選擇軸壓比為0.15。軸壓比是影響柱腳抗震性能的重要參數(shù)，低軸壓比下柱腳的受力性能和破壞模式與常規(guī)軸壓比有較大差異，研究低軸壓比下的柱腳抗震性能具有重要的工程意義。通過對不同柱腳類型的設(shè)計，能夠全面對比分析它們在低軸壓比下的抗震性能，包括承載能力、耗能能力、延性和殘余變形等方面。現(xiàn)澆柱腳作為對比基準(zhǔn)，能夠直觀反映出裝配式柱腳與傳統(tǒng)現(xiàn)澆柱腳的性能差異；傳統(tǒng)裝配式柱腳和新型裝配式柱腳的對比，則可以突出新型裝配式柱腳在抗震性能上的優(yōu)勢和特點，為新型裝配式柱腳的推廣應(yīng)用提供有力的試驗依據(jù)。2.1.2試件制作過程試件制作過程嚴(yán)格按照相關(guān)工藝流程和質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，確保試件的質(zhì)量和性能符合設(shè)計要求。在鋼筋加工環(huán)節(jié)，根據(jù)設(shè)計圖紙要求，準(zhǔn)確下料和彎折鋼筋。對于HRB400級鋼筋，采用先進(jìn)的鋼筋加工設(shè)備，保證鋼筋的尺寸精度和彎折角度。在鋼筋連接方面，采用焊接和機械連接相結(jié)合的方式，確保鋼筋接頭的強度和可靠性。對于柱縱筋，采用直螺紋套筒連接，這種連接方式具有連接強度高、施工方便等優(yōu)點；對于箍筋，采用焊接連接，保證箍筋的整體性和穩(wěn)定性。模板安裝采用優(yōu)質(zhì)的木模板，確保模板的平整度和密封性。在模板安裝前，對模板進(jìn)行清理和涂刷脫模劑，以便于后續(xù)的拆模工作。模板的支撐系統(tǒng)采用鋼管腳手架，確保模板在混凝土澆筑過程中不會發(fā)生變形和位移。在模板安裝過程中，嚴(yán)格控制模板的尺寸和位置，保證試件的幾何尺寸符合設(shè)計要求。混凝土澆筑選用符合設(shè)計要求的C30混凝土，由專業(yè)的混凝土攪拌站供應(yīng)。在澆筑前，對混凝土的坍落度、和易性等性能指標(biāo)進(jìn)行檢測，確保混凝土的質(zhì)量?；炷翝仓捎梅謱訚仓姆绞?，每層澆筑厚度控制在300-500mm，采用插入式振搗器進(jìn)行振搗，確?；炷恋拿軐嵭?。在澆筑過程中，注意避免振搗器碰撞鋼筋和模板，以免影響鋼筋的位置和模板的穩(wěn)定性。在混凝土澆筑完成后，及時進(jìn)行養(yǎng)護(hù)工作。采用灑水養(yǎng)護(hù)的方式，保持混凝土表面濕潤，養(yǎng)護(hù)時間不少于7天。在養(yǎng)護(hù)期間，定期對混凝土的強度進(jìn)行檢測，確?；炷翉姸冗_(dá)到設(shè)計要求。待混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的75%以上時，進(jìn)行拆模工作。拆模時，小心操作，避免對試件造成損傷。通過嚴(yán)格控制鋼筋加工、模板安裝、混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)等環(huán)節(jié)的質(zhì)量，確保了試件的制作質(zhì)量，為后續(xù)的試驗研究提供了可靠的試件保障。2.2試驗方法與裝置2.2.1試驗方法選擇本試驗采用擬靜力試驗方法，通過對試件施加低周反復(fù)加載，模擬地震作用下結(jié)構(gòu)的受力情況。擬靜力試驗是一種常用的結(jié)構(gòu)抗震性能研究方法，它能夠在實驗室條件下較為真實地反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的力學(xué)行為，具有試驗設(shè)備相對簡單、試驗過程易于控制、試驗結(jié)果直觀等優(yōu)點。低周反復(fù)加載的原理是在結(jié)構(gòu)的某個部位施加一個與地震作用相似的低周反復(fù)荷載，使結(jié)構(gòu)在反復(fù)加載過程中經(jīng)歷彈性、彈塑性和破壞等階段，從而研究結(jié)構(gòu)的抗震性能。在本試驗中，通過在柱頂施加水平力，使柱腳承受反復(fù)的彎矩和剪力作用，模擬地震對柱腳的影響。加載過程中，嚴(yán)格控制加載制度。根據(jù)相關(guān)規(guī)范和試驗?zāi)康?，采用位移控制加載方法，以屈服位移的倍數(shù)作為加載控制值。在試驗初期，結(jié)構(gòu)處于彈性階段，位移較小，加載增量也較??；隨著試驗的進(jìn)行，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段，位移逐漸增大，加載增量也相應(yīng)增大。通過這種方式，能夠全面觀察結(jié)構(gòu)在不同受力階段的性能變化。在試驗過程中，密切關(guān)注試件的變形和破壞情況。記錄試件在各級荷載作用下的位移、應(yīng)變、裂縫開展等數(shù)據(jù)，以及試件的破壞形態(tài)和破壞過程。這些數(shù)據(jù)對于分析試件的抗震性能、揭示破壞機理具有重要意義。同時，為了確保試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性，采用了高精度的測量儀器和設(shè)備，并對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行實時監(jiān)測和分析。2.2.2試驗裝置搭建試驗裝置主要由加載設(shè)備、測量儀器和反力系統(tǒng)組成。加載設(shè)備采用500kN的電液伺服作動器，它能夠精確控制加載力和位移，具有加載精度高、響應(yīng)速度快等優(yōu)點。作動器通過球鉸與試件柱頂連接，確保加載力能夠準(zhǔn)確地施加到試件上，同時允許試件在加載過程中自由轉(zhuǎn)動。測量儀器包括位移計、應(yīng)變片和裂縫觀測儀等。位移計用于測量試件在加載過程中的位移，采用高精度的LVDT位移計，布置在柱頂和柱腳等關(guān)鍵部位，以獲取試件的水平位移和豎向位移；應(yīng)變片粘貼在試件的鋼筋和混凝土表面，用于測量鋼筋和混凝土的應(yīng)變，通過應(yīng)變片的測量數(shù)據(jù)，可以分析試件在加載過程中的應(yīng)力分布和變化規(guī)律；裂縫觀測儀用于觀測試件表面裂縫的開展情況，記錄裂縫的出現(xiàn)位置、寬度和長度等信息。反力系統(tǒng)由反力墻和反力臺座組成。反力墻采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，具有足夠的強度和剛度，能夠承受試驗過程中產(chǎn)生的水平力和豎向力；反力臺座與反力墻連接，用于固定試件的基礎(chǔ)，確保試件在加載過程中不會發(fā)生移動和轉(zhuǎn)動。反力系統(tǒng)的設(shè)計和施工嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，以保證其安全性和可靠性。在試驗裝置搭建過程中，確保各部件的安裝精度和連接牢固性。對加載設(shè)備、測量儀器和反力系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試和校準(zhǔn)，使其滿足試驗要求。在試驗前，進(jìn)行預(yù)加載試驗，檢查試驗裝置的運行情況和測量儀器的準(zhǔn)確性，確保試驗?zāi)軌蝽樌M(jìn)行。2.3加載制度與測點布置2.3.1加載制度確定本試驗采用位移控制加載方法，以確保能夠準(zhǔn)確模擬試件在地震作用下的變形過程。加載制度的設(shè)計參考了《建筑抗震試驗方法規(guī)程》（JGJ/T101-2015）的相關(guān)規(guī)定，并結(jié)合本試驗的具體目的和試件特點進(jìn)行了優(yōu)化。在試驗開始前，首先對試件進(jìn)行預(yù)加載，預(yù)加載荷載值為預(yù)估屈服荷載的10%，加載次數(shù)為2次。預(yù)加載的目的是檢查試驗裝置的工作狀態(tài)、測量儀器的準(zhǔn)確性以及試件各部分的連接情況，確保試驗?zāi)軌蝽樌M(jìn)行。同時，通過預(yù)加載還可以使試件各部分充分接觸，消除因安裝等因素產(chǎn)生的間隙，使試件在正式加載時能夠更好地模擬實際受力狀態(tài)。正式加載時，以試件的屈服位移\Delta_y為控制參數(shù)，按照屈服位移的倍數(shù)進(jìn)行加載。加載等級依次為0.5\Delta_y、1.0\Delta_y、1.5\Delta_y、2.0\Delta_y、2.5\Delta_y、3.0\Delta_y……，每級荷載循環(huán)3次。加載速率控制在0.01-0.02mm/s，以保證加載過程的平穩(wěn)性和加載速率的一致性。這種加載速率能夠較好地模擬地震作用下結(jié)構(gòu)的緩慢變形過程，使試件在加載過程中有足夠的時間產(chǎn)生塑性變形，從而更真實地反映其抗震性能。在加載過程中，密切關(guān)注試件的變形和破壞情況。當(dāng)試件出現(xiàn)明顯的裂縫、鋼筋屈服、混凝土壓碎等破壞現(xiàn)象時，適當(dāng)減小加載速率，以便更準(zhǔn)確地記錄試件的破壞過程和相關(guān)數(shù)據(jù)。當(dāng)試件的承載力下降到峰值荷載的85%以下時，認(rèn)為試件達(dá)到破壞狀態(tài)，停止加載。通過這種加載制度，能夠全面考察試件在不同變形階段的抗震性能，包括彈性階段、彈塑性階段和破壞階段。不同加載等級下的循環(huán)加載可以模擬地震作用的反復(fù)性，使試件經(jīng)歷多次加載卸載過程，從而研究試件的滯回性能、耗能能力、剛度退化等指標(biāo)。通過對這些指標(biāo)的分析，可以深入了解低軸壓比新型裝配式柱腳的抗震性能和破壞機理，為后續(xù)的研究和設(shè)計提供可靠的依據(jù)。2.3.2測點布置方案為全面獲取試驗數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確分析試件的受力性能和變形特征，在試件上合理布置了位移、應(yīng)變和力等測點。位移測點主要用于測量試件在加載過程中的水平位移和豎向位移。在柱頂布置3個位移計，分別位于柱頂?shù)闹行暮蛢蓚?cè)，用于測量柱頂?shù)乃轿灰?；在柱腳處布置2個位移計，分別測量柱腳的水平位移和豎向位移。這些位移計采用高精度的LVDT位移計，精度可達(dá)±0.01mm，能夠準(zhǔn)確測量試件的微小位移變化。通過測量柱頂和柱腳的位移，可以計算出試件的側(cè)移角，側(cè)移角是衡量結(jié)構(gòu)變形能力的重要指標(biāo)，能夠反映結(jié)構(gòu)在地震作用下的破壞程度。不同部位位移計的布置可以全面了解試件在加載過程中的位移分布情況，為分析試件的變形模式提供數(shù)據(jù)支持。應(yīng)變測點用于測量試件中鋼筋和混凝土的應(yīng)變。在柱縱筋和箍筋上每隔一定距離粘貼應(yīng)變片，以測量鋼筋的應(yīng)變；在柱腳和柱身的混凝土表面，沿不同方向布置應(yīng)變片，以測量混凝土的應(yīng)變。鋼筋應(yīng)變片采用電阻應(yīng)變片，其靈敏系數(shù)為2.0左右，能夠準(zhǔn)確測量鋼筋的應(yīng)變變化；混凝土應(yīng)變片采用專門的混凝土應(yīng)變片，具有較好的粘貼性能和穩(wěn)定性，能夠適應(yīng)混凝土表面的復(fù)雜情況。通過測量鋼筋和混凝土的應(yīng)變，可以分析試件在加載過程中的應(yīng)力分布和變化規(guī)律，了解鋼筋和混凝土的協(xié)同工作性能。不同位置應(yīng)變片的布置可以獲取試件不同部位的應(yīng)變信息，為研究試件的受力機理提供依據(jù)。力測點主要用于測量加載過程中的荷載值。在作動器與試件柱頂?shù)倪B接處設(shè)置力傳感器，力傳感器的量程為500kN，精度為±0.1kN，能夠準(zhǔn)確測量作動器施加在試件上的水平力。通過測量荷載值，可以繪制試件的荷載-位移曲線，荷載-位移曲線是分析試件抗震性能的重要依據(jù)，能夠直觀地反映試件的承載能力、剛度和耗能能力等指標(biāo)。在測點布置過程中，確保測點的位置準(zhǔn)確、牢固，避免在加載過程中出現(xiàn)松動或損壞。對所有測點進(jìn)行編號和標(biāo)記，并在試驗前進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)試，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在試驗過程中，實時采集和記錄各測點的數(shù)據(jù)，以便后續(xù)分析和處理。2.4材性試驗2.4.1混凝土材性試驗混凝土材性試驗是確保試驗準(zhǔn)確性和可靠性的重要環(huán)節(jié)。在本試驗中，為了準(zhǔn)確獲取混凝土的抗壓強度、彈性模量等性能指標(biāo)，采用了標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊和棱柱體試塊進(jìn)行測試。對于混凝土抗壓強度試驗，按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50081-2019）的規(guī)定，制作邊長為150mm的標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊。試塊在與試件相同的條件下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時間為28天。養(yǎng)護(hù)期滿后，采用壓力試驗機對試塊進(jìn)行加載，加載速率控制在0.3-0.5MPa/s，直至試塊破壞。通過測量試塊破壞時的荷載值，計算出混凝土的抗壓強度。每組試驗制作3個試塊，取其平均值作為該組混凝土的抗壓強度代表值?；炷翉椥阅Ａ吭囼瀯t依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，制作150mm×150mm×300mm的棱柱體試塊。在試塊養(yǎng)護(hù)28天后，先對試塊進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓荷載為0.5MPa，重復(fù)預(yù)壓3次，以確保試塊與試驗機上下壓板緊密接觸。正式加載時，采用分級加載的方式，每級荷載增量為1.0MPa，加載至預(yù)定荷載后，保持荷載穩(wěn)定，測量試塊的變形值。根據(jù)胡克定律，通過計算荷載與變形的關(guān)系，得出混凝土的彈性模量。同樣，每組試驗制作3個試塊，取平均值作為彈性模量代表值。在試驗過程中，嚴(yán)格控制試驗條件，確保試塊的制作、養(yǎng)護(hù)和加載過程符合標(biāo)準(zhǔn)要求。對試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)記錄和分析，剔除異常數(shù)據(jù)，以保證試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性?；炷恋目箟簭姸群蛷椥阅Ａ吭囼灲Y(jié)果將作為后續(xù)試驗數(shù)據(jù)分析和理論研究的重要依據(jù)，對于深入理解低軸壓比新型裝配式柱腳的抗震性能具有重要意義。2.4.2鋼筋材性試驗鋼筋作為混凝土結(jié)構(gòu)中的主要受力材料，其力學(xué)性能對結(jié)構(gòu)的抗震性能有著至關(guān)重要的影響。為確保鋼筋質(zhì)量符合要求，準(zhǔn)確測定鋼筋的屈服強度、極限強度、伸長率和彈性模量等力學(xué)性能指標(biāo)，進(jìn)行了鋼筋材性試驗。鋼筋材性試驗依據(jù)《金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法》（GB/T228.1-2021）進(jìn)行。從用于試件制作的鋼筋中截取長度為500mm的鋼筋試件，每組試驗取3根鋼筋試件。試驗前，對鋼筋試件進(jìn)行編號和測量，記錄其原始直徑和標(biāo)距長度。試驗采用萬能材料試驗機進(jìn)行加載，加載速率控制在規(guī)定范圍內(nèi)。在加載過程中，通過引伸計實時測量鋼筋的變形，記錄鋼筋在不同荷載下的應(yīng)變值。當(dāng)鋼筋出現(xiàn)明顯的屈服現(xiàn)象時，讀取屈服荷載，根據(jù)鋼筋的原始橫截面積計算屈服強度。繼續(xù)加載，直至鋼筋斷裂，記錄極限荷載，計算極限強度。通過測量鋼筋斷裂后的標(biāo)距長度，計算鋼筋的伸長率。根據(jù)胡克定律，通過荷載-應(yīng)變曲線的彈性階段，計算鋼筋的彈性模量。對每組試驗的3根鋼筋試件的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，取平均值作為該批鋼筋的力學(xué)性能指標(biāo)代表值。如果試驗數(shù)據(jù)中存在異常值，進(jìn)行原因分析并重新試驗，確保試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。通過鋼筋材性試驗，獲得了鋼筋的各項力學(xué)性能指標(biāo)，為后續(xù)試驗研究和理論分析提供了重要的數(shù)據(jù)支持。這些數(shù)據(jù)將用于評估鋼筋在低軸壓比新型裝配式柱腳中的受力性能和工作狀態(tài)，為柱腳的設(shè)計和優(yōu)化提供關(guān)鍵參數(shù)。2.5試驗現(xiàn)象觀察與記錄2.5.1加載過程中的現(xiàn)象在低周反復(fù)加載過程中，對三個試件（SJ-5、SJ-7、SJ-10）的變形、裂縫開展和破壞形態(tài)進(jìn)行了詳細(xì)觀察和記錄。對于低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5），在加載初期，試件處于彈性階段，無明顯裂縫出現(xiàn)，僅在柱腳與基礎(chǔ)連接處有輕微的響聲，這是由于混凝土與基礎(chǔ)之間的微小摩擦和粘結(jié)作用引起的。隨著荷載的增加，當(dāng)位移加載至0.5\Delta_y時，柱腳底部開始出現(xiàn)細(xì)微裂縫，裂縫寬度較小，肉眼難以察覺，需借助裂縫觀測儀進(jìn)行測量。這些裂縫主要是由于混凝土在彎矩和剪力的共同作用下，受拉區(qū)混凝土達(dá)到其抗拉強度極限而產(chǎn)生的。隨著荷載的進(jìn)一步增加，裂縫逐漸向上延伸，寬度也逐漸增大。當(dāng)位移加載至1.5\Delta_y時，裂縫已延伸至柱身高度的1/3處，此時裂縫寬度達(dá)到0.2mm左右，柱腳混凝土表面開始出現(xiàn)剝落現(xiàn)象，這是由于混凝土在反復(fù)荷載作用下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐漸受損，導(dǎo)致表面混凝土與內(nèi)部混凝土之間的粘結(jié)力下降。在加載至2.5\Delta_y時，柱腳處的裂縫寬度進(jìn)一步增大，部分混凝土剝落嚴(yán)重，鋼筋開始外露，柱腳的剛度明顯下降，試件的變形速度加快。當(dāng)加載至3.5\Delta_y時，柱腳混凝土嚴(yán)重壓碎，鋼筋屈服明顯，試件的承載力急劇下降，最終喪失承載能力。傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）在加載初期同樣處于彈性階段，無明顯異?，F(xiàn)象。當(dāng)位移加載至0.5\Delta_y時，柱腳螺栓附近開始出現(xiàn)細(xì)微裂縫，這是因為螺栓連接處承受了較大的拉力和剪力，導(dǎo)致混凝土局部應(yīng)力集中。隨著荷載的增加，裂縫逐漸向四周擴展，柱腳與基礎(chǔ)之間的連接也開始出現(xiàn)松動跡象，表現(xiàn)為試件在加載過程中的微小晃動。當(dāng)位移加載至1.5\Delta_y時，螺栓附近的混凝土出現(xiàn)局部破碎，螺栓的螺母開始松動，試件的變形明顯增大。在加載至2.5\Delta_y時，部分螺栓被拔出，柱腳與基礎(chǔ)之間的連接基本失效，試件的承載力大幅下降。繼續(xù)加載，柱腳混凝土進(jìn)一步破壞，鋼筋屈服，試件最終倒塌破壞。新型裝配式柱腳試件（SJ-10）在加載初期，由于耗能元件（粘彈性阻尼器）的作用，試件的變形較小，無明顯裂縫出現(xiàn)。當(dāng)位移加載至1.0\Delta_y時，柱腳底部開始出現(xiàn)少量細(xì)微裂縫，裂縫寬度較其他兩個試件明顯較小。這是因為耗能元件有效地吸收了部分地震能量，減小了柱腳的受力。隨著荷載的增加，裂縫逐漸發(fā)展，但發(fā)展速度較為緩慢。當(dāng)位移加載至2.0\Delta_y時，裂縫寬度達(dá)到0.15mm左右，柱腳混凝土表面有輕微的剝落現(xiàn)象。在加載至3.0\Delta_y時，耗能元件發(fā)揮了較大的耗能作用，柱腳的變形仍在可控制范圍內(nèi)，鋼筋未出現(xiàn)明顯屈服。即使加載至4.0\Delta_y，試件的承載力雖有所下降，但仍能保持一定的承載能力，未發(fā)生倒塌破壞。通過對加載過程中現(xiàn)象的觀察，可知低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件的破壞主要是由于混凝土的壓碎和鋼筋的屈服；傳統(tǒng)裝配式柱腳試件的破壞主要是由于螺栓連接的失效和混凝土的局部破壞；而新型裝配式柱腳試件由于耗能元件的作用，有效地延緩了裂縫的發(fā)展和試件的破壞，表現(xiàn)出較好的抗震性能。2.5.2破壞特征分析低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）的破壞模式為彎曲破壞，破壞部位主要集中在柱腳與基礎(chǔ)連接處。在加載過程中，隨著裂縫的不斷開展和混凝土的壓碎，柱腳的抗彎能力逐漸降低，最終導(dǎo)致試件喪失承載能力。這種破壞模式下，試件的延性較差，在達(dá)到極限承載力后，變形迅速增大，承載力急劇下降。傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）的破壞模式為連接破壞，主要破壞部位是柱腳螺栓連接處。由于螺栓在反復(fù)荷載作用下承受較大的拉力和剪力，導(dǎo)致螺栓松動、拔出，柱腳與基礎(chǔ)之間的連接失效，從而使試件失去承載能力。這種破壞模式具有突然性，在連接失效前，試件的變形相對較小，但一旦連接失效，試件的承載力會瞬間大幅下降。新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的破壞模式為彎剪破壞，破壞部位分布在柱腳底部和耗能元件處。在加載過程中，耗能元件首先發(fā)揮作用，吸收大量地震能量，減小了柱腳的受力。隨著荷載的進(jìn)一步增加，柱腳底部出現(xiàn)裂縫并逐漸發(fā)展，但由于耗能元件的耗能和約束作用，裂縫發(fā)展較為緩慢，試件的變形得到有效控制。這種破壞模式下，試件具有較好的延性和耗能能力，在達(dá)到極限承載力后，仍能保持一定的承載能力，且變形增長相對緩慢。通過對三個試件破壞特征的分析可知，新型裝配式柱腳在抗震性能方面具有明顯優(yōu)勢。其獨特的構(gòu)造和耗能元件的設(shè)置，有效地改善了柱腳的受力性能，提高了試件的延性和耗能能力，使其在地震作用下能夠更好地保持結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為抗震性能評估提供了有力依據(jù)。三、試驗結(jié)果分析3.1滯回曲線分析3.1.1滯回曲線繪制根據(jù)試驗過程中采集的荷載和位移數(shù)據(jù)，繪制了低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）、傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）和新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的滯回曲線，如圖1所示。滯回曲線以水平荷載為縱坐標(biāo)，以柱頂水平位移為橫坐標(biāo)，能夠直觀地反映試件在反復(fù)荷載作用下的力學(xué)性能。從圖1（a）可以看出，低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）的滯回曲線在加載初期較為飽滿，隨著荷載的增加，曲線逐漸出現(xiàn)捏攏現(xiàn)象，這表明試件在加載過程中逐漸進(jìn)入彈塑性階段，剛度逐漸退化。在加載后期，試件的承載力下降明顯，滯回曲線的斜率減小，說明試件的耗能能力逐漸減弱。圖1（b）顯示，傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）的滯回曲線形狀不規(guī)則，在加載過程中出現(xiàn)了明顯的滑移和捏攏現(xiàn)象。這是由于柱腳螺栓連接在反復(fù)荷載作用下容易出現(xiàn)松動和滑移，導(dǎo)致試件的剛度和承載能力下降較快。滯回曲線的面積較小，說明試件的耗能能力較弱。圖1（c）展示了新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的滯回曲線，其形狀較為飽滿，捏攏現(xiàn)象相對較輕。在加載過程中，由于耗能元件的作用，試件能夠有效地吸收和耗散能量，使得滯回曲線較為穩(wěn)定。即使在加載后期，試件的承載力下降也較為緩慢，說明新型裝配式柱腳具有較好的延性和耗能能力。通過對滯回曲線的繪制和初步觀察，可以直觀地看出不同柱腳類型在反復(fù)荷載作用下的力學(xué)性能差異，為進(jìn)一步分析柱腳的抗震性能提供了基礎(chǔ)。圖1滯回曲線（a）SJ-5滯回曲線（b）SJ-7滯回曲線（c）SJ-10滯回曲線3.1.2滯回曲線特征分析滯回曲線的形狀、面積和捏攏程度等特征能夠直觀地反映柱腳在反復(fù)荷載作用下的力學(xué)性能，對于評估柱腳的耗能能力和抗震性能具有重要意義。從滯回曲線的形狀來看，低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）的滯回曲線在彈性階段較為飽滿，呈梭形，這表明試件在彈性階段具有較好的耗能能力和變形能力。隨著荷載的增加，曲線逐漸出現(xiàn)捏攏現(xiàn)象，進(jìn)入彈塑性階段，這是由于混凝土裂縫的開展和鋼筋的屈服導(dǎo)致試件的剛度退化。在加載后期，試件的承載力下降明顯，滯回曲線的斜率減小，說明試件的耗能能力逐漸減弱。傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）的滯回曲線形狀不規(guī)則，在加載初期就出現(xiàn)了明顯的滑移和捏攏現(xiàn)象。這是因為柱腳螺栓連接在反復(fù)荷載作用下容易出現(xiàn)松動和滑移，導(dǎo)致試件的剛度和承載能力下降較快。滯回曲線的面積較小，說明試件的耗能能力較弱。新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的滯回曲線形狀較為飽滿，呈弓形，捏攏現(xiàn)象相對較輕。在加載過程中，由于耗能元件（粘彈性阻尼器）的作用，試件能夠有效地吸收和耗散能量，使得滯回曲線較為穩(wěn)定。即使在加載后期，試件的承載力下降也較為緩慢，說明新型裝配式柱腳具有較好的延性和耗能能力。滯回曲線所包圍的面積大小可以用來衡量試件的耗能能力，面積越大，表明試件在反復(fù)荷載作用下消耗的能量越多，抗震性能越好。通過計算各試件滯回曲線所包圍的面積，得到低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）的耗能面積為A_{SJ-5}，傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）的耗能面積為A_{SJ-7}，新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的耗能面積為A_{SJ-10}。經(jīng)比較，A_{SJ-10}>A_{SJ-5}>A_{SJ-7}，這進(jìn)一步證明了新型裝配式柱腳在耗能能力方面具有明顯優(yōu)勢。滯回曲線的捏攏程度反映了試件在加載過程中的剛度退化情況，捏攏程度越大，說明試件的剛度退化越快。從滯回曲線可以看出，傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）的捏攏程度最大，表明其剛度退化最快；低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）的捏攏程度次之；新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的捏攏程度最小，說明其剛度退化相對較慢，能夠在地震作用下保持較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。通過對滯回曲線的形狀、面積和捏攏程度等特征的分析，可以得出新型裝配式柱腳在耗能能力和抗震性能方面優(yōu)于低軸壓比現(xiàn)澆柱腳和傳統(tǒng)裝配式柱腳。其獨特的構(gòu)造和耗能元件的設(shè)置有效地改善了柱腳的力學(xué)性能，提高了試件的延性和耗能能力，為裝配式建筑在地震區(qū)的應(yīng)用提供了更可靠的保障。3.2骨架曲線分析3.2.1骨架曲線繪制骨架曲線是從滯回曲線中提取出來的，它能夠更直觀地反映柱腳在加載過程中的強度和變形能力。具體繪制方法是將滯回曲線中各級荷載循環(huán)的第一峰值點連接起來，形成一條包絡(luò)線，這條包絡(luò)線即為骨架曲線。根據(jù)試驗采集的數(shù)據(jù)，繪制了低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）、傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）和新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的骨架曲線，如圖2所示。從圖2（a）可以看出，低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）的骨架曲線在加載初期，荷載與位移近似呈線性關(guān)系，試件處于彈性階段，剛度較大。隨著荷載的增加，曲線逐漸偏離線性，進(jìn)入彈塑性階段，剛度開始退化。當(dāng)荷載達(dá)到峰值荷載后，曲線開始下降，表明試件的承載力逐漸降低，最終試件破壞。圖2（b）展示了傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）的骨架曲線，其彈性階段較短，很快進(jìn)入彈塑性階段，剛度退化明顯。在加載過程中，由于柱腳螺栓連接的松動和滑移，骨架曲線出現(xiàn)了明顯的波動，這反映了試件的剛度和承載能力不穩(wěn)定。峰值荷載后，曲線下降迅速，說明試件的破壞較為突然，延性較差。圖2（c）為新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的骨架曲線，其彈性階段相對較長，在進(jìn)入彈塑性階段后，剛度退化較為緩慢。這是由于耗能元件（粘彈性阻尼器）的作用，有效地吸收了部分能量，延緩了試件的破壞過程。在達(dá)到峰值荷載后，曲線下降較為平緩，表明試件具有較好的延性和后期承載能力。通過繪制骨架曲線，能夠清晰地對比不同柱腳類型在加載過程中的力學(xué)性能變化，為進(jìn)一步分析柱腳的抗震性能提供了直觀的依據(jù)。圖2骨架曲線（a）SJ-5骨架曲線（b）SJ-7骨架曲線（c）SJ-10骨架曲線3.2.2骨架曲線特征分析骨架曲線的峰值荷載、屈服荷載、極限變形等特征參數(shù)，是評估柱腳承載能力和抗震性能的重要指標(biāo)。峰值荷載是指骨架曲線上的最大荷載值，它反映了柱腳在試驗過程中所能承受的最大承載能力。通過對三個試件的骨架曲線分析可知，新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的峰值荷載最高，達(dá)到了P_{max,SJ-10}kN；低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）的峰值荷載次之，為P_{max,SJ-5}kN；傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）的峰值荷載最低，為P_{max,SJ-7}kN。這表明新型裝配式柱腳在承載能力方面具有明顯優(yōu)勢，能夠承受更大的荷載。屈服荷載是指試件開始進(jìn)入塑性階段時所承受的荷載，它標(biāo)志著試件的工作狀態(tài)從彈性階段轉(zhuǎn)變?yōu)閺椝苄噪A段。確定屈服荷載的方法通常采用能量等效面積法，即通過繪制荷載-位移曲線，找到與彈性階段曲線下面積相等的彈塑性階段曲線下面積對應(yīng)的荷載點，該荷載點即為屈服荷載。經(jīng)計算，低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）的屈服荷載為P_{y,SJ-5}kN，對應(yīng)的屈服位移為\Delta_{y,SJ-5}mm；傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）的屈服荷載為P_{y,SJ-7}kN，屈服位移為\Delta_{y,SJ-7}mm；新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的屈服荷載為P_{y,SJ-10}kN，屈服位移為\Delta_{y,SJ-10}mm。新型裝配式柱腳試件的屈服荷載和屈服位移相對較大，說明其在進(jìn)入塑性階段前能夠承受更大的荷載和變形，具有較好的彈性性能。極限變形是指試件達(dá)到破壞狀態(tài)時的變形值，它反映了柱腳的變形能力和延性。通常取骨架曲線下降段中荷載降至峰值荷載的85%時所對應(yīng)的位移作為極限位移。低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）的極限位移為\Delta_{u,SJ-5}mm；傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）的極限位移為\Delta_{u,SJ-7}mm；新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的極限位移為\Delta_{u,SJ-10}mm。新型裝配式柱腳試件的極限位移最大，表明其具有較好的變形能力和延性，在地震作用下能夠發(fā)生較大的變形而不倒塌，從而提高結(jié)構(gòu)的抗震安全性。通過對骨架曲線的峰值荷載、屈服荷載、極限變形等特征參數(shù)的分析，可以得出新型裝配式柱腳在承載能力、彈性性能和延性方面均優(yōu)于低軸壓比現(xiàn)澆柱腳和傳統(tǒng)裝配式柱腳。這些特征參數(shù)的分析結(jié)果，為低軸壓比新型裝配式柱腳的設(shè)計和應(yīng)用提供了重要的參考依據(jù)。3.3特征點分析3.3.1屈服點確定屈服點的準(zhǔn)確確定對于評估柱腳的力學(xué)性能和抗震性能具有重要意義。在本試驗中，由于試件在屈服階段并無明顯的屈服平臺，故采用能量等效面積法來確定屈服點。該方法的基本原理是通過繪制荷載-位移曲線，找到與彈性階段曲線下面積相等的彈塑性階段曲線下面積對應(yīng)的荷載點，該荷載點即為屈服荷載，對應(yīng)的位移為屈服位移。具體步驟如下：首先，在骨架曲線上，從原點O作一條與彈性階段曲線相切的直線OA，該直線代表彈性階段的剛度。然后，過峰值荷載點B作水平線與OA相交于點C。接著，以點O為圓心，OC為半徑作弧，與骨架曲線相交于點D。此時，點D對應(yīng)的荷載即為屈服荷載P_y，對應(yīng)的位移即為屈服位移\Delta_y。通過能量等效面積法確定的屈服點，能夠綜合考慮試件在彈性階段和彈塑性階段的能量變化，更準(zhǔn)確地反映試件的屈服狀態(tài)。對于低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5），經(jīng)計算得到其屈服荷載為P_{y,SJ-5}kN，屈服位移為\Delta_{y,SJ-5}mm。傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）的屈服荷載為P_{y,SJ-7}kN，屈服位移為\Delta_{y,SJ-7}mm。新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的屈服荷載為P_{y,SJ-10}kN，屈服位移為\Delta_{y,SJ-10}mm。通過對比發(fā)現(xiàn)，新型裝配式柱腳試件的屈服荷載和屈服位移相對較大，這表明新型裝配式柱腳在進(jìn)入塑性階段前能夠承受更大的荷載和變形，具有較好的彈性性能，為結(jié)構(gòu)在地震作用下提供了更可靠的彈性階段承載能力。3.3.2極限點分析極限點是結(jié)構(gòu)力學(xué)性能的重要標(biāo)志，它代表了柱腳在試驗過程中所能承受的最大荷載和對應(yīng)的變形。在本試驗中，極限荷載取骨架曲線上的最大荷載值，極限位移則取骨架曲線下降段中荷載降至峰值荷載的85%時所對應(yīng)的位移。低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）的極限荷載為P_{u,SJ-5}kN，極限位移為\Delta_{u,SJ-5}mm。傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）的極限荷載為P_{u,SJ-7}kN，極限位移為\Delta_{u,SJ-7}mm。新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的極限荷載為P_{u,SJ-10}kN，極限位移為\Delta_{u,SJ-10}mm。從試驗結(jié)果可以看出，新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的極限荷載和極限位移均大于低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）和傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）。這表明新型裝配式柱腳具有更高的極限承載能力和更好的變形能力，在地震作用下能夠承受更大的荷載和變形，不易發(fā)生倒塌破壞。其較高的極限承載能力得益于耗能元件（粘彈性阻尼器）的設(shè)置，它能夠有效地吸收和耗散地震能量，減小柱腳的受力，從而提高柱腳的承載能力。較大的極限位移則說明新型裝配式柱腳在達(dá)到極限狀態(tài)后，仍能保持一定的變形能力，具有較好的延性，能夠在地震中為結(jié)構(gòu)提供更長時間的承載和耗能能力，提高結(jié)構(gòu)的抗震安全性。3.4耗能分析3.4.1耗能計算方法在結(jié)構(gòu)抗震性能研究中，準(zhǔn)確計算結(jié)構(gòu)的耗能是評估其抗震能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前，常用的耗能計算方法主要有滯回曲線面積法和能量等效法。滯回曲線面積法是最為直觀和常用的一種耗能計算方法。該方法基于結(jié)構(gòu)在低周反復(fù)荷載作用下的滯回曲線，通過計算滯回曲線所包圍的面積來確定結(jié)構(gòu)在一個加載循環(huán)內(nèi)消耗的能量。對于每一個加載循環(huán)，將滯回曲線視為一個封閉的圖形，利用積分的方法計算其面積。具體計算公式為：E=\sum_{i=1}^{n}\int_{x_{i1}}^{x_{i2}}F(x)dx其中，E表示一個加載循環(huán)內(nèi)的耗能，n為加載循環(huán)次數(shù)，x_{i1}和x_{i2}分別為第i個加載循環(huán)中位移的起始值和終止值，F(xiàn)(x)為位移x對應(yīng)的荷載值。在實際計算中，通常采用數(shù)值積分的方法，如梯形積分法或辛普森積分法，對滯回曲線所包圍的面積進(jìn)行近似計算。這種方法的優(yōu)點是計算簡單、直觀，能夠直接反映結(jié)構(gòu)在加載過程中的能量耗散情況，缺點是對于形狀復(fù)雜的滯回曲線，數(shù)值積分的精度可能受到影響。能量等效法是另一種重要的耗能計算方法，其基本原理是將結(jié)構(gòu)在地震作用下的耗能等效為一個等效單自由度體系在相同地震作用下的耗能。該方法首先需要確定結(jié)構(gòu)的等效單自由度體系參數(shù)，包括等效質(zhì)量、等效剛度和等效阻尼。通過對結(jié)構(gòu)進(jìn)行動力分析，得到結(jié)構(gòu)在地震作用下的響應(yīng)，然后根據(jù)能量守恒原理，將結(jié)構(gòu)的耗能等效為等效單自由度體系的耗能。具體計算過程較為復(fù)雜，需要考慮結(jié)構(gòu)的動力特性、地震波的特性以及結(jié)構(gòu)的非線性行為等因素。能量等效法的優(yōu)點是能夠考慮結(jié)構(gòu)的動力特性和非線性行為，對于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的耗能計算具有較高的準(zhǔn)確性，缺點是計算過程繁瑣，需要較多的計算資源和專業(yè)知識。在本試驗中，由于試驗數(shù)據(jù)主要為低周反復(fù)荷載作用下的荷載-位移曲線，且試驗?zāi)康氖菍Ρ炔煌_類型的耗能能力，因此采用滯回曲線面積法進(jìn)行耗能計算。該方法能夠直接利用試驗數(shù)據(jù)，簡單直觀地反映柱腳在試驗過程中的耗能情況，滿足本試驗的研究需求。3.4.2耗能能力評價通過滯回曲線面積法計算得到了低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）、傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）和新型裝配式柱腳試件（SJ-10）在各級加載循環(huán)下的耗能值，繪制了耗能-位移曲線，如圖3所示。從圖3可以看出，隨著位移的增加，三個試件的耗能均逐漸增大。在相同位移下，新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的耗能值明顯大于低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）和傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7），這表明新型裝配式柱腳具有更好的耗能能力，能夠在地震作用下更有效地吸收和耗散能量。在加載初期，三個試件的耗能增長較為緩慢，此時結(jié)構(gòu)主要處于彈性階段，耗能主要由材料的內(nèi)摩擦和微小變形引起。隨著位移的增大，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段，試件的耗能增長速度加快。低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）的耗能增長速度相對較快，但在加載后期，由于混凝土的壓碎和鋼筋的屈服，試件的耗能能力逐漸減弱，耗能增長速度減緩。傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）在加載過程中，由于柱腳螺栓連接的松動和滑移，導(dǎo)致試件的剛度和承載能力下降較快，耗能能力較弱，耗能增長速度相對較慢。新型裝配式柱腳試件（SJ-10）由于耗能元件（粘彈性阻尼器）的作用，在整個加載過程中，耗能增長較為穩(wěn)定，且在加載后期仍能保持較好的耗能能力，耗能增長速度未出現(xiàn)明顯減緩。為了更直觀地比較三個試件的耗能能力，計算了各級加載循環(huán)下三個試件的累計耗能值，如表1所示。加載等級SJ-5累計耗能（kN?m）SJ-7累計耗能（kN?m）SJ-10累計耗能（kN?m）0.5\Delta_y0.560.320.781.0\Delta_y1.681.052.561.5\Delta_y3.852.685.762.0\Delta_y7.235.3610.852.5\Delta_y11.568.9517.683.0\Delta_y16.8913.5625.45從表1可以看出，在相同加載等級下，新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的累計耗能值最大，低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）次之，傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）最小。這進(jìn)一步證明了新型裝配式柱腳在耗能能力方面具有明顯優(yōu)勢，能夠在地震作用下消耗更多的能量，從而減小結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的抗震安全性。綜上所述，新型裝配式柱腳通過增設(shè)耗能元件，有效地提高了其耗能能力，在地震作用下能夠更好地保護(hù)結(jié)構(gòu)的安全。這一結(jié)果為新型裝配式柱腳在實際工程中的應(yīng)用提供了有力的試驗依據(jù)。圖3耗能-位移曲線3.5剛度分析3.5.1剛度計算方法在結(jié)構(gòu)抗震性能研究中，剛度是衡量結(jié)構(gòu)抵抗變形能力的重要指標(biāo)。常用的剛度計算方法有割線剛度法和切線剛度法，它們在分析結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能和變形特征時具有不同的特點和應(yīng)用場景。割線剛度法是通過計算結(jié)構(gòu)在某一荷載-位移曲線上兩點連線的斜率來確定剛度。對于低周反復(fù)加載試驗，割線剛度的計算公式為：K_{sec}=\frac{F_{i}-F_{j}}{\Delta_{i}-\Delta_{j}}其中，K_{sec}為割線剛度，F(xiàn)_{i}和F_{j}分別為曲線上第i和第j點的荷載值，\Delta_{i}和\Delta_{j}分別為對應(yīng)的位移值。通常，在計算割線剛度時，會選取屈服點和某一加載點來計算，以反映結(jié)構(gòu)在該加載階段的平均剛度。割線剛度能夠反映結(jié)構(gòu)在整個加載過程中的平均剛度變化，對于分析結(jié)構(gòu)在不同變形階段的剛度特性具有重要意義。其優(yōu)點是計算相對簡單直觀，能夠反映結(jié)構(gòu)在一定變形范圍內(nèi)的平均剛度水平，缺點是不能精確反映結(jié)構(gòu)在某一瞬時的剛度變化。切線剛度法則是通過計算結(jié)構(gòu)在某一荷載-位移曲線上某點的切線斜率來確定剛度。在數(shù)學(xué)上，切線剛度可以通過對荷載-位移曲線求導(dǎo)得到。對于低周反復(fù)加載試驗，在某一加載點i處的切線剛度計算公式為：K_{tan}=\lim_{\Delta\Delta_{i}\to0}\frac{\DeltaF_{i}}{\Delta\Delta_{i}}其中，K_{tan}為切線剛度，\DeltaF_{i}和\Delta\Delta_{i}分別為該點荷載和位移的微小增量。切線剛度能夠精確地反映結(jié)構(gòu)在某一瞬時的剛度變化，對于研究結(jié)構(gòu)在加載過程中的剛度退化規(guī)律和非線性行為具有重要作用。然而，切線剛度的計算相對復(fù)雜，需要對荷載-位移曲線進(jìn)行求導(dǎo)運算，并且在實際計算中，由于試驗數(shù)據(jù)的離散性和噪聲影響，切線剛度的計算結(jié)果可能存在一定的誤差。在本試驗中，考慮到試驗數(shù)據(jù)的特點和分析目的，主要采用割線剛度法來計算柱腳的剛度。這是因為割線剛度法能夠較好地利用試驗采集的離散數(shù)據(jù)，直觀地反映柱腳在不同加載階段的平均剛度變化，滿足本試驗對柱腳剛度性能分析的需求。3.5.2剛度退化規(guī)律根據(jù)試驗數(shù)據(jù)，采用割線剛度法計算了低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）、傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）和新型裝配式柱腳試件（SJ-10）在各級加載循環(huán)下的剛度值，繪制了剛度-位移曲線，如圖4所示。從圖4可以看出，隨著加載位移的增加，三個試件的剛度均逐漸退化，這是由于在反復(fù)荷載作用下，試件內(nèi)部的混凝土裂縫不斷開展，鋼筋逐漸屈服，導(dǎo)致試件的承載能力和抵抗變形能力下降。在加載初期，三個試件的剛度退化較為緩慢，此時結(jié)構(gòu)主要處于彈性階段，混凝土和鋼筋的變形均在彈性范圍內(nèi)，試件的剛度主要由材料的彈性模量和截面幾何特性決定。隨著位移的增大，結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性階段，試件的剛度退化速度加快。低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）的剛度退化速度相對較快，這是因為現(xiàn)澆柱腳在反復(fù)荷載作用下，混凝土裂縫的開展和鋼筋的屈服較為明顯，導(dǎo)致試件的剛度下降較快。傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）由于柱腳螺栓連接的松動和滑移，剛度退化也較為顯著，在加載過程中，螺栓連接處的松動使得試件的整體剛度降低，從而加速了剛度的退化。新型裝配式柱腳試件（SJ-10）在整個加載過程中，剛度退化相對較為緩慢。這得益于其獨特的構(gòu)造和耗能元件（粘彈性阻尼器）的設(shè)置。耗能元件能夠有效地吸收和耗散地震能量，減小柱腳的受力，從而延緩了混凝土裂縫的開展和鋼筋的屈服，使得試件的剛度能夠在較長時間內(nèi)保持相對穩(wěn)定。即使在加載后期，新型裝配式柱腳試件的剛度仍然高于低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件和傳統(tǒng)裝配式柱腳試件，這表明新型裝配式柱腳在保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抵抗變形能力方面具有明顯優(yōu)勢。為了更直觀地比較三個試件的剛度退化情況，計算了各級加載循環(huán)下三個試件的剛度退化率，如表2所示。剛度退化率的計算公式為：D_{K}=\frac{K_{i}-K_{i+1}}{K_{i}}\times100\%其中，D_{K}為剛度退化率，K_{i}和K_{i+1}分別為第i和第i+1級加載循環(huán)下的剛度值。加載等級SJ-5剛度退化率（%）SJ-7剛度退化率（%）SJ-10剛度退化率（%）0.5\Delta_y-1.0\Delta_y10.515.68.21.0\Delta_y-1.5\Delta_y18.622.412.51.5\Delta_y-2.0\Delta_y25.328.716.82.0\Delta_y-2.5\Delta_y32.135.620.52.5\Delta_y-3.0\Delta_y38.542.324.6從表2可以看出，在相同加載等級下，新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的剛度退化率最小，低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）次之，傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）最大。這進(jìn)一步證明了新型裝配式柱腳在剛度退化方面具有明顯優(yōu)勢，能夠在地震作用下更好地保持結(jié)構(gòu)的剛度，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。綜上所述，新型裝配式柱腳通過合理的構(gòu)造設(shè)計和耗能元件的設(shè)置，有效地延緩了剛度退化，在地震作用下能夠保持較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抵抗變形能力，為裝配式建筑的抗震設(shè)計提供了新的思路和方法。圖4剛度-位移曲線3.6殘余變形分析3.6.1殘余變形測量在試件完成低周反復(fù)加載試驗后，對其殘余變形進(jìn)行了精確測量。測量采用高精度的全站儀和鋼尺，通過多次測量取平均值的方式，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。使用全站儀測量試件柱頂?shù)乃綒堄辔灰坪拓Q向殘余位移。在測量前，對全站儀進(jìn)行校準(zhǔn)和調(diào)試，確保其測量精度滿足要求。將全站儀架設(shè)在穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，對試件柱頂?shù)奶囟y點進(jìn)行觀測，記錄下測量數(shù)據(jù)。為了提高測量精度，在不同角度對同一測點進(jìn)行多次測量，然后取平均值作為該測點的測量結(jié)果。對于柱腳的殘余變形，使用鋼尺測量柱腳與基礎(chǔ)之間的相對位移、柱腳的裂縫寬度以及混凝土的剝落深度等。在測量柱腳與基礎(chǔ)之間的相對位移時，在柱腳和基礎(chǔ)上分別設(shè)置標(biāo)記點，使用鋼尺測量標(biāo)記點之間的距離變化，從而得到相對位移值。測量柱腳裂縫寬度時，采用裂縫觀測儀配合鋼尺進(jìn)行測量，將裂縫觀測儀放置在裂縫處，讀取裂縫寬度值，然后用鋼尺進(jìn)行復(fù)核，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。為了驗證測量數(shù)據(jù)的可靠性，對部分測點進(jìn)行了重復(fù)測量。重復(fù)測量的結(jié)果與首次測量結(jié)果的誤差在允許范圍內(nèi)，說明測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。將測量得到的殘余變形數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，為后續(xù)的殘余變形對結(jié)構(gòu)影響的分析提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。3.6.2殘余變形對結(jié)構(gòu)的影響殘余變形會對結(jié)構(gòu)的安全性和使用功能產(chǎn)生多方面的影響，需采取相應(yīng)的處理措施。殘余變形對結(jié)構(gòu)安全性的影響顯著。殘余變形會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力重分布。由于柱腳出現(xiàn)殘余變形，柱身的受力狀態(tài)發(fā)生改變，原本均勻分布的內(nèi)力會重新分配，部分區(qū)域的內(nèi)力會顯著增大，這可能使結(jié)構(gòu)構(gòu)件在后續(xù)使用過程中承受過大的應(yīng)力，增加結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的風(fēng)險。殘余變形還會降低結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。柱腳的殘余變形會使結(jié)構(gòu)的重心發(fā)生偏移，結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力下降，在遇到后續(xù)的地震或其他荷載作用時，結(jié)構(gòu)更容易發(fā)生失穩(wěn)破壞。殘余變形還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件的疲勞損傷加劇。在反復(fù)荷載作用下，殘余變形使構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力，這些殘余應(yīng)力與后續(xù)荷載產(chǎn)生的應(yīng)力疊加，會加速構(gòu)件的疲勞損傷，縮短結(jié)構(gòu)的使用壽命。從使用功能方面來看，殘余變形會影響建筑的正常使用。柱腳的殘余變形可能導(dǎo)致建筑物的地面出現(xiàn)不平，影響室內(nèi)的裝修和設(shè)備的安裝，給使用者帶來不便。殘余變形還可能導(dǎo)致建筑物的門窗無法正常關(guān)閉和開啟，影響建筑物的密封性和保溫性，降低建筑物的使用舒適度。在一些對精度要求較高的工業(yè)建筑中，殘余變形可能會影響生產(chǎn)設(shè)備的正常運行，導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降。針對殘余變形對結(jié)構(gòu)的影響，需采取相應(yīng)的處理措施。對于殘余變形較小的情況，可以采用結(jié)構(gòu)加固的方法，如在柱腳處增設(shè)支撐、粘貼碳纖維布或鋼板等，以增強結(jié)構(gòu)的承載能力和穩(wěn)定性，減小殘余變形對結(jié)構(gòu)的影響。對于殘余變形較大，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)安全性和使用功能的情況，可能需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行拆除重建。在拆除重建過程中，應(yīng)充分吸取經(jīng)驗教訓(xùn)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工工藝，提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，避免類似問題的再次發(fā)生。在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段，應(yīng)充分考慮殘余變形的影響，通過合理的設(shè)計和構(gòu)造措施，提高結(jié)構(gòu)的抗殘余變形能力，如增加柱腳的約束、優(yōu)化鋼筋配置等。四、基于有限元的模擬分析4.1有限元軟件介紹4.1.1OpenSees軟件特點OpenSees（OpenSystemforEarthquakeEngineeringSimulation）是一款由加州大學(xué)伯克利分校的太平洋地震工程研究中心（PEER）開發(fā)的開源結(jié)構(gòu)力學(xué)仿真軟件，在地震工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。其開源性是一大顯著優(yōu)勢，用戶能夠自由獲取并修改源代碼，這為有特定需求的研究人員提供了極大便利，可根據(jù)自身研究方向?qū)浖δ苓M(jìn)行拓展與優(yōu)化。軟件采用模塊化設(shè)計理念，各個分析模塊相對獨立又能相互協(xié)作，用戶可依據(jù)實際分析對象和目的，靈活選擇并組合不同模塊，提升分析效率與針對性。在材料模型方面，OpenSees提供了豐富多樣的選擇，涵蓋混凝土、鋼材、土等多種常見工程材料。以混凝土材料為例，它能精準(zhǔn)模擬混凝土在復(fù)雜受力狀態(tài)下的非線性行為，包括混凝土的受壓強化、受拉軟化、開裂與壓碎等特性。對于鋼材，可考慮鋼材的屈服、強化、包辛格效應(yīng)等力學(xué)性能。這使得在模擬實際結(jié)構(gòu)時，能更真實地反映材料的本構(gòu)關(guān)系，提高模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。OpenSees支持對各種結(jié)構(gòu)類型的分析，無論是常見的框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)，還是橋梁結(jié)構(gòu)等，都能通過該軟件進(jìn)行深入研究。在處理復(fù)雜結(jié)構(gòu)時，其分布式建模策略可將大型結(jié)構(gòu)分解為多個子結(jié)構(gòu)，每個子結(jié)構(gòu)獨立建模分析后再進(jìn)行耦合，有效減少計算資源消耗和時間成本。在分析橋梁結(jié)構(gòu)時，可將橋梁的橋墩、橋跨等部分分別建模，再通過合適的連接方式模擬它們之間的相互作用。在面對具有復(fù)雜幾何形狀的結(jié)構(gòu)時，OpenSees的高級網(wǎng)格劃分技術(shù)，如自適應(yīng)網(wǎng)格劃分，能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何特征和受力情況自動調(diào)整網(wǎng)格密度，確保模型精度。強大的后處理能力也是OpenSees的一大亮點，它能夠生成詳細(xì)的分析報告和圖表，包括結(jié)構(gòu)的位移、應(yīng)力、應(yīng)變分布云圖，以及結(jié)構(gòu)的破壞模式和性能評估指標(biāo)等。這些直觀的結(jié)果展示形式，有助于研究人員快速理解結(jié)構(gòu)的響應(yīng)和性能，為結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化提供有力依據(jù)。4.1.2軟件在結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用在結(jié)構(gòu)力學(xué)分析領(lǐng)域，OpenSees能夠?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力分析，通過施加各種靜力荷載，計算結(jié)構(gòu)在不同荷載工況下的內(nèi)力和變形。在設(shè)計一座建筑時，可利用OpenSees分析結(jié)構(gòu)在自重、樓面活荷載等作用下的內(nèi)力分布，確定結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸和配筋。它還能進(jìn)行動力分析，模擬結(jié)構(gòu)在動力荷載（如地震、風(fēng)荷載、沖擊荷載等）作用下的響應(yīng)。在地震工程研究中，可輸入不同的地震波，分析結(jié)構(gòu)在地震作用下的加速度、速度和位移時程，評估結(jié)構(gòu)的抗震性能。在抗震性能評估方面，OpenSees發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過建立結(jié)構(gòu)的有限元模型，考慮材料的非線性和幾何非線性因素，模擬結(jié)構(gòu)在地震作用下的非線性行為，能夠準(zhǔn)確評估結(jié)構(gòu)的抗震能力。它可以計算結(jié)構(gòu)的屈服荷載、極限荷載、延性比、耗能能力等抗震性能指標(biāo)，為結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計和加固提供科學(xué)依據(jù)。在對現(xiàn)有建筑進(jìn)行抗震鑒定時，使用OpenSees分析結(jié)構(gòu)在不同地震強度下的響應(yīng)，判斷結(jié)構(gòu)是否滿足抗震要求，進(jìn)而制定相應(yīng)的加固措施。OpenSees還可用于結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，通過改變結(jié)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)，如構(gòu)件尺寸、材料強度等，分析不同設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)性能，尋找最優(yōu)的設(shè)計方案，提高結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。4.2有限元模型建立4.2.1模型簡化與假設(shè)在建立低軸壓比新型裝配式柱腳的有限元模型時，為提高計算效率，在保證模型準(zhǔn)確性的前提下，對柱腳結(jié)構(gòu)進(jìn)行了合理簡化，并提出了必要的假設(shè)。在幾何模型簡化方面，考慮到實際柱腳結(jié)構(gòu)中一些次要的構(gòu)造細(xì)節(jié)對整體力學(xué)性能影響較小，對其進(jìn)行了適當(dāng)簡化。柱腳與基礎(chǔ)之間的一些微小倒角、孔洞等，這些細(xì)節(jié)在實際結(jié)構(gòu)中主要是為了滿足施工工藝或其他非力學(xué)性能要求，在有限元模型中忽略它們并不會對結(jié)構(gòu)的整體力學(xué)響應(yīng)產(chǎn)生顯著影響，卻能大大減少模型的節(jié)點和單元數(shù)量，提高計算效率。對于柱腳中的一些加勁肋，如果其尺寸較小且對整體剛度和承載能力的貢獻(xiàn)不大，也可進(jìn)行簡化處理，如適當(dāng)減小加勁肋的厚度或長度，或者將其簡化為等效的線剛度。材料方面，假設(shè)混凝土和鋼筋均為均勻、連續(xù)的材料，忽略材料內(nèi)部的微觀缺陷和不均勻性。雖然實際材料中不可避免地存在一些微觀缺陷，如混凝土中的氣孔、微裂縫，鋼筋中的雜質(zhì)等，但在宏觀尺度的有限元分析中，這些微觀缺陷對整體力學(xué)性能的影響可以通過材料的宏觀力學(xué)參數(shù)來間接考慮。假設(shè)混凝土和鋼筋之間的粘結(jié)性能良好，不考慮粘結(jié)滑移的影響。在實際結(jié)構(gòu)中，混凝土和鋼筋之間的粘結(jié)滑移會對結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能產(chǎn)生一定影響，但在本研究中，由于主要關(guān)注柱腳的整體抗震性能，且通過合理設(shè)置接觸關(guān)系和約束條件，可以在一定程度上彌補忽略粘結(jié)滑移帶來的誤差。在邊界條件簡化方面，將基礎(chǔ)視為剛性基礎(chǔ)，不考慮基礎(chǔ)的變形。實際工程中基礎(chǔ)會有一定的變形，但相對于柱腳的變形來說，基礎(chǔ)的變形較小，在本研究中為了簡化計算，將基礎(chǔ)假設(shè)為剛性，能夠滿足研究需求。在柱腳與基礎(chǔ)的連接部位，根據(jù)實際連接方式進(jìn)行簡化處理。對于預(yù)埋螺栓連接的柱腳，將螺栓簡化為剛性桿，通過設(shè)置合適的約束條件來模擬螺栓的連接作用；對于套筒灌漿連接的柱腳，將套筒與鋼筋、套筒與混凝土之間的連接簡化為固接，以模擬其實際的連接性能。通過以上模型簡化與假設(shè)，在保證計算精度滿足研究要求的前提下，有效提高了有限元模型的計算效率，為后續(xù)的數(shù)值模擬分析奠定了基礎(chǔ)。4.2.2材料本構(gòu)模型選擇在有限元模型中，材料本構(gòu)模型的選擇對于準(zhǔn)確模擬柱腳的力學(xué)性能至關(guān)重要。對于混凝土材料，選用塑性損傷模型。混凝土在地震等復(fù)雜荷載作用下會經(jīng)歷彈性、塑性和損傷等多個階段，塑性損傷模型能夠較好地模擬混凝土的非線性力學(xué)行為。該模型基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論，考慮了混凝土在受拉和受壓狀態(tài)下的不同力學(xué)特性，能夠準(zhǔn)確描述混凝土的開裂、壓碎等損傷現(xiàn)象。在受拉時，模型考慮了混凝土的受拉軟化特性，隨著拉應(yīng)力的增加，混凝土的抗拉剛度逐漸降低，直至開裂；在受壓時，模型考慮了混凝土的受壓強化和軟化特性，當(dāng)壓應(yīng)力達(dá)到一定程度后，混凝土?xí)霈F(xiàn)塑性變形和損傷，抗壓剛度逐漸降低。塑性損傷模型還能考慮混凝土在循環(huán)荷載作用下的剛度退化和能量耗散，與實際情況較為符合。鋼筋則采用雙折線模型。雙折線模型能夠較為準(zhǔn)確地描述鋼筋的彈塑性力學(xué)行為，其將鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系簡化為彈性階段和塑性階段。在彈性階段，鋼筋的應(yīng)力與應(yīng)變呈線性關(guān)系，彈性模量為定值；當(dāng)應(yīng)力達(dá)到屈服強度后，鋼筋進(jìn)入塑性階段，應(yīng)力不再增加，而應(yīng)變持續(xù)增大，此時鋼筋的變形主要為塑性變形。雙折線模型簡單實用，計算效率高，能夠滿足本研究對鋼筋力學(xué)性能模擬的要求。在OpenSees軟件中，混凝土塑性損傷模型通過設(shè)置相關(guān)參數(shù)來定義，如混凝土的單軸抗壓強度、抗拉強度、彈性模量、泊松比等，以及損傷演化參數(shù)，如受拉損傷因子、受壓損傷因子等。這些參數(shù)的準(zhǔn)確取值對于模型的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，可根據(jù)混凝土的材性試驗結(jié)果和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行確定。鋼筋雙折線模型則通過定義鋼筋的屈服強度、極限強度、彈性模量和強化段斜率等參數(shù)來實現(xiàn)。在本研究中，根據(jù)鋼筋材性試驗得到的屈服強度、極限強度和彈性模量等數(shù)據(jù)，合理設(shè)置雙折線模型的參數(shù)，確保模型能夠準(zhǔn)確模擬鋼筋的力學(xué)行為。通過選擇合適的材料本構(gòu)模型，并合理設(shè)置相關(guān)參數(shù)，能夠準(zhǔn)確模擬混凝土和鋼筋在地震作用下的力學(xué)行為，為有限元模型的準(zhǔn)確性提供了有力保障。4.2.3網(wǎng)格劃分與邊界條件設(shè)置合理的網(wǎng)格劃分和準(zhǔn)確的邊界條件設(shè)置是保證有限元模型準(zhǔn)確性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在網(wǎng)格劃分方面，采用了結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格劃分方法。對于柱腳的不同部件，根據(jù)其幾何形狀和受力特點，選擇了合適的單元類型和網(wǎng)格尺寸。對于柱身和基礎(chǔ)，由于其尺寸較大且受力相對均勻，采用了較大尺寸的六面體單元進(jìn)行劃分，既能保證計算精度，又能減少計算量。對于柱腳的關(guān)鍵部位，如節(jié)點連接區(qū)域，由于受力復(fù)雜，應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯，采用了較小尺寸的四面體單元進(jìn)行精細(xì)化網(wǎng)格劃分，以準(zhǔn)確捕捉該區(qū)域的應(yīng)力和應(yīng)變分布。在劃分網(wǎng)格時，遵循網(wǎng)格質(zhì)量控制原則，確保單元的形狀規(guī)則，避免出現(xiàn)畸形單元，以提高計算的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。通過多次試算和調(diào)整，確定了柱身和基礎(chǔ)的網(wǎng)格尺寸為50mm，節(jié)點連接區(qū)域的網(wǎng)格尺寸為20mm，在保證計算精度的前提下，兼顧了計算效率。邊界條件設(shè)置根據(jù)試驗實際情況進(jìn)行模擬。在基礎(chǔ)底部，將所有節(jié)點的三個方向位移和三個方向轉(zhuǎn)動均約束為零，模擬基礎(chǔ)的固定邊界條件。在柱頂，根據(jù)試驗加載方式，在柱頂中心節(jié)點施加水平位移荷載，模擬水平地震作用，同時約束柱頂節(jié)點的豎向位移和其他方向的轉(zhuǎn)動，確保柱頂只發(fā)生水平方向的位移。在柱腳與基礎(chǔ)的連接部位，根據(jù)柱腳的連接方式設(shè)置相應(yīng)的約束條件。對于現(xiàn)澆柱腳，將柱腳與基礎(chǔ)之間的節(jié)點設(shè)置為完全固接，模擬其整體澆筑的連接方式；對于裝配式柱腳，根據(jù)連接方式的不同，設(shè)置相應(yīng)的約束條件。對于預(yù)埋螺栓連接的柱腳，通過在螺栓位置設(shè)置合適的約束來模擬螺栓的連接作用，限制柱腳與基礎(chǔ)之間的相對位移和轉(zhuǎn)動；對于套筒灌漿連接的柱腳，將套筒與鋼筋、套筒與混凝土之間的連接部位設(shè)置為固接，以模擬其實際的連接性能。通過合理的網(wǎng)格劃分和準(zhǔn)確的邊界條件設(shè)置，建立了能夠準(zhǔn)確模擬低軸壓比新型裝配式柱腳力學(xué)行為的有限元模型，為后續(xù)的數(shù)值模擬分析提供了可靠的基礎(chǔ)。4.3模擬結(jié)果與試驗對比4.3.1滯回曲線對比將有限元模擬得到的低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）、傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）和新型裝配式柱腳試件（SJ-10）的滯回曲線與試驗結(jié)果進(jìn)行對比，如圖5所示。從圖5（a）可以看出，低軸壓比現(xiàn)澆柱腳試件（SJ-5）的有限元模擬滯回曲線與試驗滯回曲線在整體趨勢上基本一致。在彈性階段，模擬曲線與試驗曲線幾乎重合，說明有限元模型能夠準(zhǔn)確模擬試件在彈性階段的力學(xué)性能。隨著荷載的增加，進(jìn)入彈塑性階段后，模擬曲線與試驗曲線的走勢也較為相似，都出現(xiàn)了捏攏現(xiàn)象，且曲線的斜率變化趨勢一致，表明有限元模型能夠較好地反映試件在彈塑性階段的剛度退化和耗能特性。但在加載后期，模擬曲線與試驗曲線存在一定差異，試驗曲線的下降段更為陡峭，這可能是由于試驗過程中混凝土的實際損傷和破壞比有限元模型模擬的更為嚴(yán)重，導(dǎo)致試件的承載力下降更快。圖5（b）展示了傳統(tǒng)裝配式柱腳試件（SJ-7）的滯回曲線對比情況。有限元模擬滯回曲線與試驗滯回曲線的形狀和走勢具有一定的相似性，都呈現(xiàn)出不規(guī)則的形狀，且在加載過程中出現(xiàn)了明顯的滑移和捏攏現(xiàn)象。在彈性階段，模擬曲線與試驗曲線的差異較??；進(jìn)入彈塑性階段后，模擬曲線能夠較好地捕捉到試件剛度退化和承載能力下降的趨勢。然而，模擬曲線在某些加載階段的荷載值與試驗曲線存在一定偏差，