關(guān)于型鋼高強(qiáng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)的探討

韓曉玲

（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730050）

0 引言

型鋼高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)是將型鋼放在構(gòu)件的內(nèi)部，外部包裹高強(qiáng)混凝土而做成的[1]。兩種材料充分配合，互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，取得經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)性能優(yōu)良的效果，可充分利用外包高強(qiáng)混凝土的剛度和耐火性能，又可利用型鋼減小構(gòu)件斷面、提高承載能力和改善抗震性能，現(xiàn)在應(yīng)用較為普遍。

1 型鋼高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)[2]

1）強(qiáng)度高、剛度大、變形能力強(qiáng)，抗震性能好；由于內(nèi)部型鋼的存在，構(gòu)件延性得到很大改善。

2）由于混凝土在外包裹的約束，克服了型鋼受壓失穩(wěn)的缺點(diǎn)，使其具有比較好的受力性能。

3）型鋼高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的耐火性、耐久性比鋼結(jié)構(gòu)更好。

4）施工時(shí)，型鋼具有較大的承載能力，可降低模板的使用量；能提高施工的速度還可以縮短工期。

5）在截面尺寸相同的情況下，可以合理地配置較多的鋼材，提高梁柱截面的含鋼率，滿足規(guī)范對(duì)柱軸壓比的要求；由于徐變引起的變形較小。

6）由于混凝土和型鋼共同作用承擔(dān)荷載，可很好的節(jié)約鋼材。

2 研究型鋼高強(qiáng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)受力的目的和意義

近年來(lái)，高強(qiáng)混凝土開(kāi)始在人們的運(yùn)用中使用，尤其是型鋼混凝土結(jié)構(gòu)中的使用。型鋼高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)由于高強(qiáng)混凝土的使用能夠更好的發(fā)揮型鋼的作用，此種結(jié)構(gòu)才開(kāi)始成型，因而我國(guó)也開(kāi)始了對(duì)于型鋼高強(qiáng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)研究，對(duì)型鋼高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的破壞形態(tài)等性能及軸壓比、配箍率等對(duì)節(jié)點(diǎn)的影響進(jìn)行分析，并提出了型鋼高強(qiáng)混凝土節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力簡(jiǎn)化計(jì)算公式，但對(duì)于SRC結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的內(nèi)力傳遞等的研究還不夠，也沒(méi)有一套完整的型鋼高強(qiáng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)的計(jì)算和設(shè)計(jì)方法，節(jié)點(diǎn)的研究也缺乏完整性和系統(tǒng)性，這使得型鋼高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)不可能廣泛的應(yīng)用于實(shí)際工程中，可看出框架節(jié)點(diǎn)受力的研究會(huì)促進(jìn)型鋼高強(qiáng)混凝土這種結(jié)構(gòu)的大面積使用，以此提高建筑物的抗災(zāi)害的能力，是具有很大的現(xiàn)實(shí)意義的。

3 影響節(jié)點(diǎn)的因素

3.1 加勁肋

水平加勁肋的運(yùn)用增大了框架節(jié)點(diǎn)區(qū)域的最大拉應(yīng)力的范圍。節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的加勁肋有效提升了型鋼的剛度和高強(qiáng)混凝土的抗剪切的能力，使得節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土更加安全，一定程度上制約著混凝土開(kāi)裂的發(fā)展。加勁肋使結(jié)構(gòu)的受力傳遞更加合理，其讓型鋼梁和型鋼柱直接將所承受到的拉壓力傳遞給核心區(qū)部位，抵制了梁和柱的翼緣之間的焊縫被撕開(kāi)和防止翼緣傳遞的壓力將核心區(qū)的高強(qiáng)混凝土壓壞。本文對(duì)有加勁肋和無(wú)加勁肋節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了比較分析，在柱端施加相同的軸向壓力和水平荷載條件下，其水平方向（Y方向）的應(yīng)力云圖分別見(jiàn)圖1、圖2。

3.2 混凝土的強(qiáng)度

圖1 無(wú)加勁板節(jié)點(diǎn)Y向應(yīng)力云圖

圖2 有加勁板節(jié)點(diǎn)Y向應(yīng)力云圖

混凝土的強(qiáng)度影響著框架節(jié)點(diǎn)的開(kāi)裂狀況和抗剪強(qiáng)度，高強(qiáng)混凝土的使用比普通混凝土提升了框架節(jié)點(diǎn)的初裂抗剪的強(qiáng)度及其極限抗剪的強(qiáng)度?；炷翉?qiáng)度的高低決定著抗拉強(qiáng)度的高低，也決定著混凝土開(kāi)裂的時(shí)間早晚及其開(kāi)裂速度的快慢。混凝土強(qiáng)度越低，抗拉強(qiáng)度低，裂縫出現(xiàn)的早，且開(kāi)展快，核心區(qū)混凝土應(yīng)力發(fā)展快，這從混凝土的裂縫分布圖3可以看出不同混凝土強(qiáng)度等級(jí)對(duì)節(jié)點(diǎn)的開(kāi)裂荷載的影響。高強(qiáng)混凝土的使用可以減小框架底層梁和柱的截面尺寸，增大了建筑的使用面積。

圖3 混凝土開(kāi)裂圖

3.3 柱軸壓力

柱的軸力對(duì)型鋼混凝土柱節(jié)點(diǎn)的抗裂性能和抗剪性能都有一定的影響，當(dāng)柱軸力逐漸增大時(shí)，模型的開(kāi)裂荷載隨之變大。柱軸壓力對(duì)框架節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)相當(dāng)于在柱端增加了一個(gè)約束，控制著裂縫的開(kāi)裂狀況，有效提高了節(jié)點(diǎn)的載荷能力。但是軸壓力影響型鋼的抗剪承載能力，所以對(duì)構(gòu)件要合理選擇軸壓比。軸壓比對(duì)節(jié)點(diǎn)的滯回曲線也產(chǎn)生很大的影響，圖4、圖5和圖6為不同軸壓比試件模型的滯回曲線。

3.4 型鋼腹板的厚度

圖4 軸壓比為0.2的柱端滯回曲線

圖5 軸壓比為0.4的柱端滯回曲線

圖6 軸壓比為0.6的柱端滯回曲線

恰當(dāng)控制型鋼腹板的厚度，使其能很好地發(fā)揮抗剪能力。不同腹板厚度對(duì)節(jié)點(diǎn)抗剪性能的影響見(jiàn)表1。由表可知，隨著腹板厚度的增大，節(jié)點(diǎn)的抗剪能力也在逐漸的提高。由于型鋼腹板的外側(cè)有混凝土的包裹，所以型鋼腹板不會(huì)很容易發(fā)生局部屈服現(xiàn)象。由很多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，當(dāng)柱的豎向軸壓力過(guò)大時(shí)，型鋼腹板會(huì)發(fā)生屈服。

表1 不同腹板厚度對(duì)節(jié)點(diǎn)抗剪性能的影響

[1]JGJ 138—2001，型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[2]高翔.型鋼高強(qiáng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)的受力性能及ANSYS有限元分析[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2006.

[3]王繼武.型鋼混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能有限元分析[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2009.