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【摘 要】作为一种新型水泥基复合材料，活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，RPC）相比于普通混凝土和高强混凝土有更高的强度、韧性、耐久性和环保性，因而在现阶段被广泛应用在输电工程电杆架设中。应用RPC浇筑节点核心区，能在解决核心区箍筋配置过密的问题，而中间层框架边节点的单侧梁只能为核心区提供单侧约束，在地震时更容易破坏，因此，对中间层钢筋活性粉末混凝土框架边节点进行抗震性能研究具有重要意义。
本文通过对钢筋RPC电杆框架节点开展试验，研究其节点抗震性能，分析节点核心区箍筋配筋率、梁纵筋强度及轴压比3个因素对节点抗震性能的影响，探讨适应于钢筋RPC抗震设计方法。通过本文研究，为RPC应用到框架节点提供了理论和试验依据，也为RPC这种高性能水泥基复合材料在输电工程中更广泛的应用奠定了坚实的理论基础。
【关键词】新型活性粉末混凝土电杆；框架边节点；抗震性能；配筋率
0引言
钢筋混凝土电杆广泛应用在我国10千伏、35千伏、110千伏输电线路工程架设中。而我国属于地震高发国家，因此，输电用钢筋混凝土电杆及其框架在设计建造时都必须考虑其抗震性能。
作为一种新型水泥基复合材料，RPC是采用“高致密水泥基均匀体系”，集合高强、高性能、纤维增强3种混凝土之优点，剔除掉粗骨料，遵循最紧密堆积原理，采用拥有较好颗粒级配石英砂作为骨料，并加入适量短纤维和粉末状活性矿物料，配以成型施压、热养护等制备方法，研制获得的一种新型高致密水泥基复合材料。将RPC具体应用到实际工程可以有如下几个优势：（1）超高抗压强度能缩小构件截面尺寸，减低混凝土用量，从而降低结构建造成本；同时，结构更轻质，能降低结构地震惯性力，增大结构柔性，增强结构变形能力，从而提高结构耗能能力；（2）较高抗弯强度和断裂能能增强混凝土约束效应，而较高抗剪强度也能增大结构侧向抗剪承载能力，进而共同提高结构抗震性能；（3）较好延性，能提高结构延展性；（4）大的极限拉应变能加强框架节点转动能力，及时释放柱端内力，避免在柱端形成塑性铰。因此，RPC在土木工程抗震领域中应该有很好的应用。
近年来，国内外学者研究重点主要是针对常规混凝土框架节点的抗震，而专门针对RPC这种新型高性能水泥基复合材料框架节点的抗震却研究的较少，本文的主要目的是通过拟静力加载试验探讨RPC应用到框架节点的可行性及对钢筋RPC框架节点的抗震设计方法及计算公式进行研究。
1试验方案设计
本文选取典型多层钢筋混凝土框架结构中的中间层边节点作为试验研究对象，并假定梁、柱力矩反弯点位于跨中及柱中。因为本试验主要研究对象为节点核心区和梁端塑性铰，所以在拟静力加载过程中可以忽略柱子位移时的荷载-位移效应，采用梁端加载方案。在试验过程中，试件的柱子应保证垂直状态，通过作动器在梁自由端施加竖向反复低周荷载。因此，其边界条件为上下柱反弯点为不动铰，梁反弯点为自由端。
为了限制柱顶发生左右滑动，柱顶通过夹板和水平连杆（采用大规格角钢加工制作，其刚度较大，沿水平拉杆径向布置的应变片显示其没有较大的拉压形变）与左侧立柱联接。柱顶上端安放一个固定单向铰，在固定单向铰与200t液压千斤顶之间安放压力荷载传感器，在加载过程中通过传感器的实时监控实现轴压力的基本恒定（试验中压力变化幅度在20%以内）。梁自由端的加载采用数控电动液压伺服作动器MTS，作动器端头与梁端通过连接件相连，作动器作用点至靠近核心区梁端部距离为900mm，数控电动液压伺服作动器端头设有球铰，加载过程中能够保证加载连接件的钢板与梁端上表面紧密接触，不发生相对角位移。
試验主要量测内容及量测方法为：
（1）采用数控电动液压伺服作动器MTS控制采集系统采集7个试件梁自由端荷载-位移滞回曲线；
（2）采用在箍筋、梁纵筋和柱纵筋特征点上粘贴应变片并联入机控静态电阻应变自动 采集系统量测各特征点的应变；
（3）采用压力荷载传感器实时监控作用于柱端上部的轴压力通过加压或泄压方式实现轴压力的基本恒定；
（4）采用沿水平拉杆径向粘贴的应变片监测水平拉杆的拉压形变；
（5）采用在柱下端布置侧向的位移计监测柱下端沿左右滑移量；
（6）采用在节点核心区左上、左下、右上、右下以及对角线交汇处各布置一应变片量测核心区RPC开裂应变；
（7）采用放大镜、手电筒及裂缝测宽仪观测节点构件裂缝开展顺序、核心区裂缝宽度及裂缝分布情况。
2试验结果
试验备件破坏情况如图2-1所示
虽然与常规混凝土框架节点破坏过程相似，但钢筋RPC框架节点的破坏有其独特的特点。具体如下：（1）从钢筋RPC框架节点开裂开始至加载结束，一直能听见节点内部有“嚓嚓”的钢纤维被拉拔的声音且声音越来越大，说明钢纤维一直通过承受较大的拉拔阻力表现为阻裂及承担剪力的作用；（2）由于RPC中掺入的钢纤维为短纤维，纤维长度小于纤维被拉断的临界长度，所以钢纤维在RPC开裂后只是被拔出而未被拉断且大部分一直“桥架”在裂缝两侧，如图4-8所示；（3）虽然箍筋屈服使得钢筋伸长，但由于“桥架”在裂缝两侧的钢纤维始终像若干组由小的竖向钢筋和水平向钢筋组成的桁架结构一样约束核心区的RPC阻止其裂缝的无限增大及RPC沿裂缝相互错动，所以核心区RPC并未被交织的斜裂缝分割成若干的菱形块，核心区RPC有较好的完整性；再者，RPC采用“高致密水泥基均匀体系”，遵循最紧密的堆积原理，采用级配好的石英细砂代替粗骨料作为骨料，所以在加载后期没有粗骨料之间的咬合作用；（4）加载后期，主斜裂缝附近的毛细裂缝逐渐并入主斜裂缝，使得在主斜裂缝交汇处出现明显的RPC起皮现象，但并未出现严重的RPC酥裂甚至剥落现象。
3抗震性能分析 虽然影响框架节点抗震性能的因素有很多，本次试验关于试件的设计只考虑了节点核心区箍筋配筋率、梁纵筋强度及轴压比3个影响因素对钢筋RPC框架节点抗震性能的影响。
3.1 节点核心区箍筋配筋率
在加载初期，试件处于弹性阶段，荷载-位移骨架曲线基本重合，节点配箍率对试件承载力的影响不大；随着梁端位移的增加，试件承载力也随之增加，且在相同位移荷载下核心区箍筋配筋率大的试件有更大的承载力；当荷载-位移骨架曲线达到峰值后，核心区箍筋配筋率较大的试件骨架曲线有较好的下降滑移平台，强度和刚度退化地较为缓慢。
可以得到：（1）节点核心区箍筋配筋率增加，使得试件极限承载力、延性及耗能能力有不同程度的增加；（2）试件在核心区通过配置1根直径为6mm的环向箍筋使其配箍率为1.419%，虽然能在破坏后期由箍筋直接承受剪力以及为混凝土提供环向约束增大其极限荷载，但由于配箍数较少极限承载力增加的程度不大，所以建议加大核心区箍筋配置的数量；（3）节点核心区配置箍筋而最终发生延性破坏的试件有更好的耗能能力。
3.2 梁纵筋强度
核心区不配置环向箍筋而纵筋分别采用HRB400级和HRB600级时，钢筋RPC框架节点极限承载力、延性及耗能能力的对比结果。试件的极限承载力、延性及耗能能力分别比的大13.96%、39.23%及18.33%。所以，如果核心区不配置环向箍筋而仅仅是增强梁、柱纵筋的等级只能使得框架节点核心区相比柱、梁更弱而发生承载力、延性及耗能能力都较差的脆性破坏。
3.3 轴压比
图3-1所示为钢筋RPC框架节点在不同轴压比下的梁自由端荷载-位移骨架曲线，图中可以看出：在加载初期，荷载-位移骨架曲线基本重合，轴压比的作用不大；当控制模式改为位移控制后，试件承载能力随着梁端位移的进一步增大而增大，但轴压比小的试件其承载力增加较轴压比大的试件要稍缓慢一些；当荷载-位移骨架曲线达到峰值后，轴压比大的试件骨架曲线下降地更为陡峭，强度和刚度退化更快；另外，与其余几个试件相比，EJ-1有較明显的荷载下降滑移平台，这是因为轴压比较小没有明显削弱试件的塑性变形能力及延性较好而发生了在梁端产生塑性铰的延性破坏所致，所以又一次说明轴压比的改变不仅能影响试件的破坏过程甚至能导致试件最终破坏形态的改变。
在不同节点核心区箍筋配筋率情况下轴压比从0.3增加到0.5，钢筋RPC框架节点极限承载力、延性及耗能能力的对比结果。可以得到：（1）配置箍率的情况下，轴压比增加，使得试件极限承载力有所提高；（2）试件延性随轴压比增加显著降低，且所有的试件延性都较差，发生延性破坏的试件相比发生脆性破坏的试件有较好的延性；（3）试件耗能能力随轴压比增加有下降的趋势，发生延性破坏的试件相比发生脆性破坏的试件有较好的耗能能力。
4总结
通过本次试验的的研究，可以得到如下结论：
（1）钢筋RPC框架节点的破坏过程也可以大致分为初裂、通裂、极限和破坏4个阶段；
（2）从开裂至破坏，RPC中掺入的钢纤维一直只是被拔出而未被拉断且大部分“桥架”在裂缝两侧，始终通过承受较大的拉拔阻力，像若干组由小的竖向钢筋和水平向钢筋组成的桁架结构一样，表现为阻裂及承担剪力的作用；
（3）钢筋RPC框架节点的整体刚度在每一级位移幅值的不同循环次数下，退化不明显，但增大位移幅值会使得其整体刚度明显退化；
（4）用RPC浇筑节点核心区时，应在遵照规范和箍筋配置不过密的情况下，增大箍筋配置量；
（5）若核心区配置箍筋，轴压比从0.3增大到0.5，钢筋RPC框架节点极限承载力有所提高，但延性及耗能能力却有所下降。
参考文献：
[1]田向阳.钢纤维高强混凝土边节点试验研究与有限元分析[D].郑州：郑州大学，2010.
[2]郑宇.再生混凝土框架梁柱节点抗震承载力试验研究[D].合肥：合肥工业大学，2012.
[3]秦全.考虑应变率效应的钢筋混凝土框架节点抗震性能研究[D].大连：大连理工大学，2013.
[4]苏骏，李威.UHTCC局部增强框架节点抗剪承载力计算方法[J].土木工程学报，2015，48（1）：29-36.
[5]傅剑平.钢筋混凝土框架节点抗震性能与设计方法研究[D].重庆：重庆大学，2002.
（作者单位：广东电网有限责任公司东莞供电局）
本文通过对钢筋RPC电杆框架节点开展试验，研究其节点抗震性能，分析节点核心区箍筋配筋率、梁纵筋强度及轴压比3个因素对节点抗震性能的影响，探讨适应于钢筋RPC抗震设计方法。通过本文研究，为RPC应用到框架节点提供了理论和试验依据，也为RPC这种高性能水泥基复合材料在输电工程中更广泛的应用奠定了坚实的理论基础。
【关键词】新型活性粉末混凝土电杆；框架边节点；抗震性能；配筋率
0引言
钢筋混凝土电杆广泛应用在我国10千伏、35千伏、110千伏输电线路工程架设中。而我国属于地震高发国家，因此，输电用钢筋混凝土电杆及其框架在设计建造时都必须考虑其抗震性能。
作为一种新型水泥基复合材料，RPC是采用“高致密水泥基均匀体系”，集合高强、高性能、纤维增强3种混凝土之优点，剔除掉粗骨料，遵循最紧密堆积原理，采用拥有较好颗粒级配石英砂作为骨料，并加入适量短纤维和粉末状活性矿物料，配以成型施压、热养护等制备方法，研制获得的一种新型高致密水泥基复合材料。将RPC具体应用到实际工程可以有如下几个优势：（1）超高抗压强度能缩小构件截面尺寸，减低混凝土用量，从而降低结构建造成本；同时，结构更轻质，能降低结构地震惯性力，增大结构柔性，增强结构变形能力，从而提高结构耗能能力；（2）较高抗弯强度和断裂能能增强混凝土约束效应，而较高抗剪强度也能增大结构侧向抗剪承载能力，进而共同提高结构抗震性能；（3）较好延性，能提高结构延展性；（4）大的极限拉应变能加强框架节点转动能力，及时释放柱端内力，避免在柱端形成塑性铰。因此，RPC在土木工程抗震领域中应该有很好的应用。
近年来，国内外学者研究重点主要是针对常规混凝土框架节点的抗震，而专门针对RPC这种新型高性能水泥基复合材料框架节点的抗震却研究的较少，本文的主要目的是通过拟静力加载试验探讨RPC应用到框架节点的可行性及对钢筋RPC框架节点的抗震设计方法及计算公式进行研究。
1试验方案设计
本文选取典型多层钢筋混凝土框架结构中的中间层边节点作为试验研究对象，并假定梁、柱力矩反弯点位于跨中及柱中。因为本试验主要研究对象为节点核心区和梁端塑性铰，所以在拟静力加载过程中可以忽略柱子位移时的荷载-位移效应，采用梁端加载方案。在试验过程中，试件的柱子应保证垂直状态，通过作动器在梁自由端施加竖向反复低周荷载。因此，其边界条件为上下柱反弯点为不动铰，梁反弯点为自由端。
为了限制柱顶发生左右滑动，柱顶通过夹板和水平连杆（采用大规格角钢加工制作，其刚度较大，沿水平拉杆径向布置的应变片显示其没有较大的拉压形变）与左侧立柱联接。柱顶上端安放一个固定单向铰，在固定单向铰与200t液压千斤顶之间安放压力荷载传感器，在加载过程中通过传感器的实时监控实现轴压力的基本恒定（试验中压力变化幅度在20%以内）。梁自由端的加载采用数控电动液压伺服作动器MTS，作动器端头与梁端通过连接件相连，作动器作用点至靠近核心区梁端部距离为900mm，数控电动液压伺服作动器端头设有球铰，加载过程中能够保证加载连接件的钢板与梁端上表面紧密接触，不发生相对角位移。
試验主要量测内容及量测方法为：
（1）采用数控电动液压伺服作动器MTS控制采集系统采集7个试件梁自由端荷载-位移滞回曲线；
（2）采用在箍筋、梁纵筋和柱纵筋特征点上粘贴应变片并联入机控静态电阻应变自动 采集系统量测各特征点的应变；
（3）采用压力荷载传感器实时监控作用于柱端上部的轴压力通过加压或泄压方式实现轴压力的基本恒定；
（4）采用沿水平拉杆径向粘贴的应变片监测水平拉杆的拉压形变；
（5）采用在柱下端布置侧向的位移计监测柱下端沿左右滑移量；
（6）采用在节点核心区左上、左下、右上、右下以及对角线交汇处各布置一应变片量测核心区RPC开裂应变；
（7）采用放大镜、手电筒及裂缝测宽仪观测节点构件裂缝开展顺序、核心区裂缝宽度及裂缝分布情况。
2试验结果
试验备件破坏情况如图2-1所示
虽然与常规混凝土框架节点破坏过程相似，但钢筋RPC框架节点的破坏有其独特的特点。具体如下：（1）从钢筋RPC框架节点开裂开始至加载结束，一直能听见节点内部有“嚓嚓”的钢纤维被拉拔的声音且声音越来越大，说明钢纤维一直通过承受较大的拉拔阻力表现为阻裂及承担剪力的作用；（2）由于RPC中掺入的钢纤维为短纤维，纤维长度小于纤维被拉断的临界长度，所以钢纤维在RPC开裂后只是被拔出而未被拉断且大部分一直“桥架”在裂缝两侧，如图4-8所示；（3）虽然箍筋屈服使得钢筋伸长，但由于“桥架”在裂缝两侧的钢纤维始终像若干组由小的竖向钢筋和水平向钢筋组成的桁架结构一样约束核心区的RPC阻止其裂缝的无限增大及RPC沿裂缝相互错动，所以核心区RPC并未被交织的斜裂缝分割成若干的菱形块，核心区RPC有较好的完整性；再者，RPC采用“高致密水泥基均匀体系”，遵循最紧密的堆积原理，采用级配好的石英细砂代替粗骨料作为骨料，所以在加载后期没有粗骨料之间的咬合作用；（4）加载后期，主斜裂缝附近的毛细裂缝逐渐并入主斜裂缝，使得在主斜裂缝交汇处出现明显的RPC起皮现象，但并未出现严重的RPC酥裂甚至剥落现象。
3抗震性能分析 虽然影响框架节点抗震性能的因素有很多，本次试验关于试件的设计只考虑了节点核心区箍筋配筋率、梁纵筋强度及轴压比3个影响因素对钢筋RPC框架节点抗震性能的影响。
3.1 节点核心区箍筋配筋率
在加载初期，试件处于弹性阶段，荷载-位移骨架曲线基本重合，节点配箍率对试件承载力的影响不大；随着梁端位移的增加，试件承载力也随之增加，且在相同位移荷载下核心区箍筋配筋率大的试件有更大的承载力；当荷载-位移骨架曲线达到峰值后，核心区箍筋配筋率较大的试件骨架曲线有较好的下降滑移平台，强度和刚度退化地较为缓慢。
可以得到：（1）节点核心区箍筋配筋率增加，使得试件极限承载力、延性及耗能能力有不同程度的增加；（2）试件在核心区通过配置1根直径为6mm的环向箍筋使其配箍率为1.419%，虽然能在破坏后期由箍筋直接承受剪力以及为混凝土提供环向约束增大其极限荷载，但由于配箍数较少极限承载力增加的程度不大，所以建议加大核心区箍筋配置的数量；（3）节点核心区配置箍筋而最终发生延性破坏的试件有更好的耗能能力。
3.2 梁纵筋强度
核心区不配置环向箍筋而纵筋分别采用HRB400级和HRB600级时，钢筋RPC框架节点极限承载力、延性及耗能能力的对比结果。试件的极限承载力、延性及耗能能力分别比的大13.96%、39.23%及18.33%。所以，如果核心区不配置环向箍筋而仅仅是增强梁、柱纵筋的等级只能使得框架节点核心区相比柱、梁更弱而发生承载力、延性及耗能能力都较差的脆性破坏。
3.3 轴压比
图3-1所示为钢筋RPC框架节点在不同轴压比下的梁自由端荷载-位移骨架曲线，图中可以看出：在加载初期，荷载-位移骨架曲线基本重合，轴压比的作用不大；当控制模式改为位移控制后，试件承载能力随着梁端位移的进一步增大而增大，但轴压比小的试件其承载力增加较轴压比大的试件要稍缓慢一些；当荷载-位移骨架曲线达到峰值后，轴压比大的试件骨架曲线下降地更为陡峭，强度和刚度退化更快；另外，与其余几个试件相比，EJ-1有較明显的荷载下降滑移平台，这是因为轴压比较小没有明显削弱试件的塑性变形能力及延性较好而发生了在梁端产生塑性铰的延性破坏所致，所以又一次说明轴压比的改变不仅能影响试件的破坏过程甚至能导致试件最终破坏形态的改变。
在不同节点核心区箍筋配筋率情况下轴压比从0.3增加到0.5，钢筋RPC框架节点极限承载力、延性及耗能能力的对比结果。可以得到：（1）配置箍率的情况下，轴压比增加，使得试件极限承载力有所提高；（2）试件延性随轴压比增加显著降低，且所有的试件延性都较差，发生延性破坏的试件相比发生脆性破坏的试件有较好的延性；（3）试件耗能能力随轴压比增加有下降的趋势，发生延性破坏的试件相比发生脆性破坏的试件有较好的耗能能力。
4总结
通过本次试验的的研究，可以得到如下结论：
（1）钢筋RPC框架节点的破坏过程也可以大致分为初裂、通裂、极限和破坏4个阶段；
（2）从开裂至破坏，RPC中掺入的钢纤维一直只是被拔出而未被拉断且大部分“桥架”在裂缝两侧，始终通过承受较大的拉拔阻力，像若干组由小的竖向钢筋和水平向钢筋组成的桁架结构一样，表现为阻裂及承担剪力的作用；
（3）钢筋RPC框架节点的整体刚度在每一级位移幅值的不同循环次数下，退化不明显，但增大位移幅值会使得其整体刚度明显退化；
（4）用RPC浇筑节点核心区时，应在遵照规范和箍筋配置不过密的情况下，增大箍筋配置量；
（5）若核心区配置箍筋，轴压比从0.3增大到0.5，钢筋RPC框架节点极限承载力有所提高，但延性及耗能能力却有所下降。
参考文献：
[1]田向阳.钢纤维高强混凝土边节点试验研究与有限元分析[D].郑州：郑州大学，2010.
[2]郑宇.再生混凝土框架梁柱节点抗震承载力试验研究[D].合肥：合肥工业大学，2012.
[3]秦全.考虑应变率效应的钢筋混凝土框架节点抗震性能研究[D].大连：大连理工大学，2013.
[4]苏骏，李威.UHTCC局部增强框架节点抗剪承载力计算方法[J].土木工程学报，2015，48（1）：29-36.
[5]傅剑平.钢筋混凝土框架节点抗震性能与设计方法研究[D].重庆：重庆大学，2002.
（作者单位：广东电网有限责任公司东莞供电局）