環(huán)向橡膠墊圈套箍RCS結構組合節(jié)點

張 靖 韓宇平

0 引言

環(huán)向橡膠墊圈套箍RCS結構組合節(jié)點為一種鋼梁與鋼骨混凝土連接節(jié)點(也稱 RCS組合節(jié)點)，整個節(jié)點為柱貫通式，主要由型鋼梁和鋼骨混凝土柱兩部分連接而成。節(jié)點是連接梁和柱、梁和墻的關鍵部位，地震作用下節(jié)點安全可靠地工作是保證結構正常工作的前提。由于節(jié)點一般都處于壓彎剪復合應力狀態(tài)，受力比較復雜，因此研究并掌握節(jié)點的受力性能、破壞機理，使節(jié)點設計傳力明確，計算可靠，構造合理是十分重要的，尤其在復雜地震作用下，更應重視節(jié)點的合理設計。在抗震設計中，提出“強柱弱梁，節(jié)點更強”的設計原則，充分體現(xiàn)了節(jié)點在整體結構中的重要地位。在節(jié)點的上部和下部做鋼箍補強，以提高節(jié)點核芯區(qū)的剛度和強度，防止節(jié)點區(qū)開裂破壞。整個節(jié)點結構簡單，受力合理，節(jié)點區(qū)的剛度和強度能夠得到有效保證，具有較高的經(jīng)濟價值和工程應用價值。

1 RCS結構組合節(jié)點的構造及特征

1.1 RCS結構組合節(jié)點的構造

環(huán)向橡膠墊圈套箍RCS結構復合裝置，包括上、下預制鋼板，螺栓，鋼板橡膠墊，該鋼板橡膠墊于其上，下部預制鋼板粘貼后與連接預制鋼板的螺栓共同構成復合套箍裝置，利用橡膠墊和節(jié)點處鋼板的擠壓和螺栓的高強性能夠提高節(jié)點處鋼梁與鋼骨混凝土連接;套箍起到了箍筋的作用。安裝套箍復合裝置就相當于在節(jié)點處進行了箍筋的加密。該復合套箍裝置主要部分為四塊鋼板(可根據(jù)節(jié)點形狀增加鋼板的數(shù)量)，每塊鋼板內側布置2個橡膠墊，在每個鋼板的端部設置螺栓孔，以便組合鋼板時，螺栓的連接。

1.2 RCS結構組合節(jié)點的構造特征

框架結構在正常工作時受豎向和水平兩種荷載作用，進行節(jié)點的抗震設計時，梁端和柱端的彎矩分布形式基本與水平荷載下的情況相似，以中間十字形節(jié)點為例，各種外荷載作用下節(jié)點域的受力和變形形式較為復雜，節(jié)點域受梁、柱端影響而彎矩、剪力、軸力共存。這里需要強調的是，實際工程設計中，按照“強柱弱梁、節(jié)點更強”原則及構造層結構柱子壁板的厚度一般都不小于梁高度，節(jié)點域內隔板的厚度要求不小于梁翼緣且要保證內隔板受拉時的凈截面積不小于截面積。同時，在節(jié)點域柱子的四塊壁板之間與內隔板間均為熔透的對接焊縫連接，完全等強連接，這樣一來，節(jié)點核芯區(qū)一般不發(fā)生破壞，破壞只會發(fā)生在較弱的梁端核芯區(qū)，混凝土由于三向約束作用雖有裂縫但不會完全壓潰，鑒于此，對滿足前述構造要求的高層框架節(jié)點，因節(jié)點域內隔板的抗拉能力大于梁翼緣，且由于核芯區(qū)混凝土的存在而節(jié)點域較梁端“強”得多，不可能發(fā)生內隔板先于梁端的屈服情況。所以，設計中只要保證了梁柱連接處梁端的受彎承載力，節(jié)點域的受彎承載力自然就能滿足。套箍復合裝置通過其自身的約束作用，保證了梁柱連接處梁端的受彎承載力，從而對節(jié)點起到了保護作用。

2 技術領域和技術作用

2.1 方案技術領域

文章中的組合節(jié)點裝置為一種剛性節(jié)點裝置，能夠為型鋼梁與鋼骨混凝土柱構件提供可靠連接，能夠有效地提高節(jié)點連接區(qū)域的剛度和強度，同時能夠滿足整體結構受力要求和整個結構的抗震性能。

20世紀80年代初，美國就已經(jīng)率先在傳統(tǒng)的鋼筋混凝土框架，鋼結構以及后繼發(fā)展的鋼骨混凝土結構(SRC)復合式框架結構的基礎上，成功的開發(fā)研制了一種充分利用和發(fā)揮鋼構件和鋼筋混凝土構件各自在抗彎或抗壓強度，剛度，延性及建筑功能適用性方面優(yōu)勢的新型組合式框架結構提議，也即鋼筋混凝土柱與鋼梁組成的RCS組合框架結構體系，并已經(jīng)成功的應用在高層建筑中。日本學者和AIJ(日本建筑研究院)逐漸認識到RCS結構相比SCR具有的優(yōu)越性，并且對RCS組合節(jié)點的復雜內力傳遞做了深入的研究，得到了一些成果。

RCS組合框架結構在我國起步較晚，我國土木工程科研和設計工作者已經(jīng)做了一些工作，在借鑒國外既有研究成果的基礎上，結合我國實際情況，已經(jīng)取得了一些科研成果，對于RCS結構的一些受力性能有了一些認識，但是對于RCS組合節(jié)點區(qū)的復雜的受力性能仍然在探索研究之中。

2.2 方案技術作用及實施方式

RCS結構組合節(jié)點是為了保證型鋼梁與鋼骨混凝土柱的可靠連接，在充分考慮了型鋼梁與鋼骨混凝土構件的受力特性基礎上，結合實際工程中具體構件的應用情況和我國抗震規(guī)范對于強柱弱梁，強剪弱彎，強節(jié)點弱局部的抗震設防要求，以及施工方便性能的要求，能夠有效地提高組合節(jié)點區(qū)的強度和剛度，結構設計受力合理，結果措施安全可靠。

該方案可以對型鋼梁與鋼骨混凝土柱起到有效的連接。套箍裝置可以與節(jié)點區(qū)鋼板共同承擔型鋼梁受力而產(chǎn)生的荷載，具有較高的承載能力，在建筑結構物正常使用情況下，可以安全支撐節(jié)點的常規(guī)荷載，保證建筑結構物的正常使用要求，并且由于裝置制作簡單，施工方便，所以在實際工程中可以得到較大的運用。套箍均布在節(jié)點的上下，可以對節(jié)點做到有效的補強和較好的穩(wěn)定。另外，該裝置具有較大的伸縮性，易于調整，可適用于大小不同節(jié)點的補強，性能穩(wěn)定(見圖1)。

3 方案存在問題

雖然目前對于抗震節(jié)點的研究很多，但還存在以下一些問題:由于抗震節(jié)點裝置的構造過于復雜，直接影響到抗震節(jié)點裝置的造價，不利于抗震節(jié)點裝置的推廣;抗震節(jié)點模型力學參數(shù)與設計參數(shù)對應的定量化關系尚不確切，需要進一步研究;抗震節(jié)點結構在地震力作用下的三向耦合分析、傾覆、簡化計算等問題都有待于進一步的研究。

[1] 楊強躍，鄭 悅.鋼框架梁柱節(jié)點連接方式的介紹和分析[J].建筑結構，2004，34(6):44-48.

[2] 陳 鵑.加強環(huán)式鋼管混凝土柱—鋼梁節(jié)點的剛性研究[D].汕頭 :汕頭大學 ，2004:45-48.

[3] 楊建江，郝志軍.鋼梁—鋼筋混凝土柱節(jié)點在低周反復荷載作用下受力性能的試驗研究[J].建筑結構，2001(7):35-42.

[4] 薛樂麗，陳玉泉.鋼管混凝土節(jié)點的研究現(xiàn)狀與展望[J].建筑技術開發(fā)，2007(8):35.

[5] 陳麗華，李愛群，趙 玲.型鋼混凝土梁柱節(jié)點的研究現(xiàn)狀[J].工業(yè)建筑，2005，1(35):18-19.