抗震加固鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)探討

裘國強(qiáng)　裘孝平

【摘要】近年來，國內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行了一系列框架節(jié)點(diǎn)的抗震試驗(yàn)研究，震害和研究均表明，框架節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)抗震的薄弱環(huán)節(jié)。本文簡要的介紹了下抗震加固鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)的研究現(xiàn)狀，并從影響節(jié)點(diǎn)抗震的因素、抗震加固節(jié)點(diǎn)的原則、加固技術(shù)等方面總結(jié)歸納了國內(nèi)外抗震加固節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀和成果。

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土；梁柱節(jié)點(diǎn)；抗震；加固

【Abstract】In recent years， a series of frame-based seismic tests have been carried out at home and abroad， and seismic damage and research have shown that the frame nodes are weak links of structural seismicity. This paper briefly introduces the research status of the reinforced concrete joints under the seismic strengthening， and summarizes the research status and achievements of the seismic design of the joints at home and abroad from the aspects of the factors that affect the seismic resistance of the joints， the principles of the seismic reinforcement nodes and the reinforcement technology.

【Key words】Reinforced concrete；Beam - column joints；Seismic；Reinforcement

框架節(jié)點(diǎn)是指框架梁柱相交的節(jié)點(diǎn)核心區(qū)與鄰近核心區(qū)的梁端和柱端?？蚣芄?jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)傳力的樞紐，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和必要的延性 [1]。近年來，國內(nèi)外經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究，均表明框架節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)抗震的薄弱環(huán)節(jié)。我國是地震多發(fā)、也是地震災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，建筑結(jié)構(gòu)損傷、破壞甚至倒塌是震害的主要表現(xiàn)之一。鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)又是我國工業(yè)和民用建筑的一種常用結(jié)構(gòu)，因此為了保護(hù)廣大人民的人身財(cái)產(chǎn)安全，我們必須加強(qiáng)框架節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，從而提高節(jié)點(diǎn)的抗震性能，保證建筑的安全性。

1. 抗震加固鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)的研究現(xiàn)狀

（1）國內(nèi)外大地震的震害表明，梁柱節(jié)點(diǎn)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。國際上自上世紀(jì)60年代起即進(jìn)行研究和探索，我國自1976年唐山大地震后開始對(duì)鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)進(jìn)行研究。雖然取得了一定的成果，但仍然存在許多問題。當(dāng)前的建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程僅僅對(duì)框架梁和框架柱抗震加固進(jìn)行了規(guī)定，而對(duì)節(jié)點(diǎn)的抗震加固沒有明確規(guī)定，所以急需針對(duì)節(jié)點(diǎn)加固的相關(guān)指導(dǎo)文件 [2]。

（2）當(dāng)前抗震加固梁柱節(jié)點(diǎn)方法主要有纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固、混凝土套加固法和鋼構(gòu)套加固等 [3]。

2. 影響鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震性能的因素

（1）軸壓比，一般認(rèn)為軸壓比不大于0.8時(shí)，有利于節(jié)點(diǎn)抗剪，提高節(jié)點(diǎn)延性，減輕節(jié)點(diǎn)破壞程度 [4]；

（2）水平箍筋，在框架節(jié)點(diǎn)內(nèi)配置水平封閉箍筋，一方面對(duì)框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)混凝土產(chǎn)生有利約束，增強(qiáng)傳遞軸向荷載的能力，另一方面承擔(dān)部分水平剪力，提高框架節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力；

（3）柱縱向鋼筋，合理布置柱縱向鋼筋可以在一定程度上提高框架節(jié)點(diǎn)抗剪承載力，但增加柱縱向鋼筋不像增加水平箍筋那樣效果顯著；

（4）直交梁，垂直于框架平面與節(jié)點(diǎn)相交的直交梁對(duì)框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)混凝土具有約束作用，從而提高框架節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力。

（5）垂直鋼筋，在水平反復(fù)荷載作用下，框架節(jié)點(diǎn)核芯混凝土出現(xiàn)交叉斜裂縫后，剪力的傳遞由斜壓桿作用過渡到水平箍筋承擔(dān)水平分力、柱縱向鋼筋承擔(dān)豎向分力以及平行于斜裂縫的混凝土骨料咬合力所構(gòu)成的桁架抗剪機(jī)制，設(shè)置豎向箍筋可承擔(dān)框架節(jié)點(diǎn)剪力的豎向分量，減少混凝土的負(fù)擔(dān)，從而提高框架節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力，但施工不便 [5]；

（6）偏心影響，對(duì)比與無偏心框架節(jié)點(diǎn)，偏心框架節(jié)點(diǎn)抗剪承載力明顯下降；

（7）預(yù)應(yīng)力作用，對(duì)鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)施加預(yù)應(yīng)力，可使框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)混凝土增加約束，處于雙向受力狀態(tài)，從而提高框架節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力；

（8）反復(fù)荷載，在反復(fù)荷載作用下，材料強(qiáng)度和構(gòu)件強(qiáng)度降低，粘結(jié)錨固性能退化，剪切變形加大，隨著梁端變形的逐步增加，框架節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)抗剪承載力相應(yīng)逐漸衰減。

（9）樓板，樓板對(duì)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)具有約束作用，同時(shí)能提高梁的抗彎能力。

3. 節(jié)點(diǎn)的破壞形式和失效方式

3.1常見的節(jié)點(diǎn)破壞形式。

常見的破壞形式有梁端受彎破壞、柱端壓彎破壞、粘結(jié)錨固破壞和核心區(qū)剪切破壞。節(jié)點(diǎn)破壞形式主要是粘結(jié)錨固破壞、核心區(qū)剪切破壞和兩種破壞同時(shí)發(fā)生的節(jié)點(diǎn)損壞。

3.2節(jié)點(diǎn)失效方式。

（1）梁端和柱端受拉鋼筋屈服前，節(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切失效或剪切破壞；

（2） 在梁端和柱端受拉鋼筋屈服到喪失正截面承載力（受壓區(qū)混凝土被壓碎） 之前，隨著框架組合體交替變形逐步增大節(jié)點(diǎn)發(fā)生剪切失效或剪切破壞；

（3）在梁端和柱端受拉鋼筋屈服后，隨著框架組合體交替變形逐步增大，梁端或柱端塑性鉸充分轉(zhuǎn)動(dòng)，直

至梁端或柱端喪失正截面承載力 [6]。

4. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震加固原則

（1）要以結(jié)構(gòu)的抗震鑒定結(jié)果為基礎(chǔ)，抗震鑒定是通過檢查現(xiàn)有建筑的設(shè)計(jì)、施工質(zhì)量和現(xiàn)狀，按規(guī)定的設(shè)防要求，對(duì)結(jié)構(gòu)在地震作用下的安全性進(jìn)行評(píng)估，針對(duì)具體的鑒定結(jié)果，進(jìn)行有效的加固；endprint

（2）要對(duì)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀進(jìn)行深入調(diào)查特別查明結(jié)構(gòu)是否具有局部損傷，對(duì)于局部損傷應(yīng)進(jìn)行專門研究；

（3）要重點(diǎn)考慮結(jié)構(gòu)總體抗震能力和變形能力的綜合協(xié)調(diào)，抗震加固是整體加固，應(yīng)首先考慮結(jié)構(gòu)的整體性；

（4）要針對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)際情況，采取不同的方案，如主要提高框架抗震承載能力、主要增強(qiáng)框架變形能力或改變結(jié)構(gòu)體系而不加固框架等方案；

（5）加固后的樓層綜合抗震能力不應(yīng)小于1.0；且不宜超過下一樓層綜合抗震能力的20%，超過時(shí)，應(yīng)同時(shí)增強(qiáng)下一層的綜合抗震能力 [7]；

（6）加固后的框架應(yīng)避免形成短柱、短梁或強(qiáng)梁弱柱；

（7）加固方案的選擇要避免原結(jié)構(gòu)的薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，如果發(fā)生轉(zhuǎn)移，應(yīng)對(duì)新的薄弱層進(jìn)行處理；

（8）增設(shè)墻體、支撐等構(gòu)件時(shí)，要注意結(jié)構(gòu)體系的變化，結(jié)構(gòu)內(nèi)力的重分布和可能出現(xiàn)的局部應(yīng)力集中；

（9）應(yīng)以結(jié)構(gòu)的安全性為重點(diǎn)，同時(shí)考慮到結(jié)構(gòu)適用和美觀；

（10）應(yīng)考慮到經(jīng)濟(jì)性和方便施工。

5. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震加固技術(shù)

當(dāng)前抗震加固梁柱節(jié)點(diǎn)方法主要有纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固、混凝土套加固法和鋼構(gòu)套加固等。

5.1纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固法。

（1）近年來，一種運(yùn)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的新方法被廣泛應(yīng)用。與傳統(tǒng)加固技術(shù)相比，纖維增強(qiáng)復(fù)合材料具有重量輕，易于建造和強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)。用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固的梁柱節(jié)點(diǎn)會(huì)提高它們結(jié)構(gòu)的剛度，強(qiáng)度和能量耗散能力。

（2）我國的研究人員也通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)應(yīng)用碳纖維布加固的節(jié)點(diǎn)，在相同的加載等級(jí)下其核心區(qū)的剪切變形較參照節(jié)點(diǎn)有較大幅度的降低，破壞截面由節(jié)點(diǎn)核心區(qū)轉(zhuǎn)移至節(jié)點(diǎn)梁端，破壞模式轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂醒有蕴卣鞯墓?jié)點(diǎn)梁端彎曲破壞，承載能力顯著提高。這表明，試驗(yàn)中所采用的碳纖維布抗震加固混凝土框架節(jié)點(diǎn)方法是完全可行的 [8]。

5.2混凝土套加固法（混凝土套加固梁板柱節(jié)點(diǎn)見圖1）。

通過大量的試驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)用混凝土套加固后的試件抗震性能得到了顯著提高，破壞形態(tài)可以從不加固時(shí)的脆性破壞轉(zhuǎn)變?yōu)榱荷铣鏊苄糟q的延性破壞，耗能能力和剛度退化都得到了明顯的改善 [9]。

5.3鋼構(gòu)套加固法（波紋鋼板套加固節(jié)點(diǎn)見圖2）。

波紋鋼板套可以比較有效地側(cè)向約束內(nèi)部的混凝土，使節(jié)點(diǎn)的延性和強(qiáng)度顯著提高，由于波紋鋼板套的約束作用限制了縱向鋼筋的屈曲和鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)破壞，使得節(jié)點(diǎn)原本的脆性破壞得以改善，節(jié)點(diǎn)延性得以提高。

6. 抗震加固鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)的發(fā)展趨勢(shì)

隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，科技水平不斷提高，人們的觀念也有很了很大進(jìn)步，因此對(duì)加固的方法也有了更高的要求。僅僅滿足安全性的加固方法已無法滿足現(xiàn)在的需求，為了解決這一問題，就需要開發(fā)既滿足安全要求、使用要求，又要滿足美觀要求的先進(jìn)的加固方法。特別是隨著耗能減震加固技術(shù)的發(fā)展，通過安裝耗能減震器加固結(jié)構(gòu)，使節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的剪力減少來滿足抗剪承載力的要求，必將是今后的發(fā)展趨勢(shì)。

7. 結(jié)束語

抗震加固鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)的研究，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義，它將很好的提高建筑的抗震性能，保證結(jié)構(gòu)的安全性。雖然現(xiàn)有的研究成果還很不完善，不能滿足實(shí)際工程的需要，但隨著人們對(duì)抗震加固鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)問題研究的不斷深入，取得的成果將越來越多，這將得到很好的解決的。

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