预制装配式混凝土结构是实现住宅产业化的主要途径之一。它可以提高建筑业工业化、机械化水平,能够降低能耗、节约资源,可以实现建筑业的可持续、绿色发展。预制装配式混凝土结构抗震性能的优劣取决于各结构构件连接性能的优劣和各结构构件本身抗震性能的优劣。预制装配式钢筋混凝土框架结构的底层柱作为主要的竖向承重构件和抗侧力构件,其与基础连接节点的可靠性及其自身的抗震性能决定了框架结构的整体抗震性能,而关于这方面的试验研究未见报道。本文在“985”工程专项经费(编号:531106004003)、“千人计划”专项经费(编号:531106004009)、教育部“建筑安全与节能”重点试验室的资助下从四个方面开展了预制装配式钢筋混凝土框架结构底层柱的抗震性能研究。(1)为研究钢筋在浇灌有高强浇注料的金属波纹套管内所需要的最小锚固长度,进行了16组共计48个试件的抗拔试验。主要研究金属波纹套管直径D、钢筋直径d、波纹套管直径D和钢筋直径d的比值D/d、钢筋锚固长度la等因素对钢筋锚固性能的影响。试验获取了拉拔荷载F-黏结滑移s的关系曲线,研究了la及D/d对钢筋平均应力的影响、la与D/d的乘积对钢筋极限抗拉强度fu的影响。(2)借鉴《钢筋混凝土装配整体式框架节点与连接设计规程》(CECS43:92)中给出的柱-柱连接常用的浆锚式连接方法及插入式连接方法,对国内外学者在实现柱-基础连接时采用的钢筋套筒浆锚连接方法进行改进。改进的连接方法主要步骤:(1)制作混凝土基础并养护,注意绑扎基础钢筋时在柱纵向钢筋位置预埋金属波纹套管;(2)预制钢筋混凝土柱并养护,将柱纵向钢筋伸出柱底;(3)在预埋的金属波纹套管内浇灌高强浇注料;(4)安装完成养护的预制钢筋混凝土柱,使柱纵向钢筋插入金属波纹套管内,来实现底层预制混凝土柱与基础的连接。为验证该连接方法的可靠性,对预制混凝土长柱、短柱和整体现浇混凝土长柱、短柱的抗震性能分别进行了对比试验研究。(3)为研究采用前述方法连接的预制钢筋混凝土长柱的抗震性能,进行了8个预制钢筋混凝土长柱和1个用于对比的整体现浇钢筋混凝土长柱,在低周往复水平荷载作用下的抗震性能试验。研究了轴压比、制作方式、箍筋强度等级以及柱脚5倍纵筋直径范围内纵向钢筋与混凝土黏结状况对预制钢筋混凝土长柱的抗震性能影响。观察记录了各长柱试件的破坏特征、水平力F-侧向位移△的滞回曲线,研究了各长柱试件骨架曲线的特性、延性指标、刚度退化及强度退化特性及极限承载能力,比较分析了各长柱试件的能量耗散能力。(4)为研究采用前述方法连接的预制钢筋混凝土短柱的抗震性能,进行了4个预制钢筋混凝土短柱和2个整体现浇钢筋混凝土短柱,在低周往复水平荷载作用下的抗震性能试验。研究了轴压比、制作方式及柱脚5d纵筋直径范围内纵筋与混凝土的黏结状况对预制钢筋混凝土短柱抗震性能的影响。观测记录了各短柱试件的破坏形态、水平力F-侧向位移△的滞回曲线,研究了各短柱的骨架曲线的特性、延性指标、刚度退化及强度退化特性、极限承载能力及抗裂能力。最后利用USC-RC分析软件及ABAQUS有限元软件,研究了混凝土短柱在轴压比、纵向钢筋配筋率、钢筋强度等级及混凝土强度等级不同时,钢筋混凝土短柱的骨架曲线变化特性和极限承载力大小变化规律。本文取得如下主要成果。(1)钢筋在浇灌有高强浇注料的金属波纹套管内所需要的锚固长度远小于混凝土结构设计规范(GB50010-2010)的要求,本文建议,波纹套管直径D应取为钢筋直径d的2~3倍,且当D/d=2时,钢筋最小锚固长度la取为15d;当D/d=3时,钢筋最小锚固长度la取为10d;当D/d为中间值时,钢筋最小锚固长度在15d和10d之间线性插入取值。(2)预埋金属波纹套管的钢筋插入式浆锚连接法可实现预制混凝土柱与基础可靠连接,采用该方法连接的预制钢筋混凝土柱的抗震性能不降低整体浇筑钢筋混凝土柱的抗震性能,该方法可应用于装配式钢筋混凝土结构。(3)在钢筋混凝土长柱柱脚设置塑性铰区域,不会降低其水平极限承载力,且会较大幅度地提高其延性、耗能能力,该技术可在有抗震设防要求的钢筋混凝土框架柱中采用。在钢筋混凝土短柱柱脚设置塑性铰区域,会较大幅度降低其水平极限承载力,且对其延性、耗能能力提高幅度很小,不建议在钢筋混凝土短柱柱脚设置塑性铰区域。