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探討鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震加固
【摘要】國(guó)內(nèi)外多次地震的實(shí)踐證明，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，使得這一結(jié)構(gòu)形式得以廣泛使用。常用的框架結(jié)構(gòu)有三種體系，即：內(nèi)框架、純框架和框架一剪力墻結(jié)構(gòu)體系。文章對(duì)鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)的抗震加固方面作了詳盡的闡述和探討。
【關(guān)鍵詞】框架；節(jié)點(diǎn)；抗震加固
中圖分類(lèi)號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-0278（2013）01-099-01
不論何種框架結(jié)構(gòu)，都有框架節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)是一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)部位，它在框架中起著傳遞和分配內(nèi)力、保證結(jié)構(gòu)整體性的作用。純框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)受力大，要求嚴(yán)�？蚣芤患袅Y(jié)構(gòu)由于水平力主要由剪力墻承擔(dān)，節(jié)點(diǎn)的受力比純框架中的略小，要求可適當(dāng)放寬。至于裝配式框架，節(jié)點(diǎn)更是一個(gè)薄弱壞節(jié)。
由于節(jié)點(diǎn)處梁柱數(shù)目的比例不同，節(jié)點(diǎn)受力狀況也是不一樣的，如頂層邊柱節(jié)點(diǎn)是一個(gè)拐角節(jié)點(diǎn)，受荷后節(jié)點(diǎn)受張開(kāi)或閉合的彎矩，而梁柱的鋼筋都要在核心區(qū)錨固，受力比較復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)容易發(fā)生破壞。十字形的中柱節(jié)點(diǎn)由于四周有梁的約束，比較安全，但在強(qiáng)烈地震作用下，節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的梁端可能均達(dá)到很大的剪力，容易發(fā)生核心區(qū)剪切破壞。
一、節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度
（一）節(jié)點(diǎn)的受力特點(diǎn)
根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的分析，我們得到一結(jié)論：在豎向荷載作用下，中柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受剪力較小，邊柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受剪力較大。在水平荷載作用下，節(jié)點(diǎn)受水平剪力很大，一般為柱子的4～6倍，在水平剪力和軸向壓力的共同作用下，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)將產(chǎn)生很大的斜拉力，使混凝土產(chǎn)生斜裂縫，發(fā)生剪切破壞。
（二）影響節(jié)點(diǎn)抗震強(qiáng)度的因素
1.軸向力。軸向壓力在一定范圍內(nèi)對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震是有利的，但是對(duì)于是否提高節(jié)點(diǎn)極限抗剪強(qiáng)度觀(guān)點(diǎn)還不一致。但是軸壓比不大于0.8時(shí)，一般認(rèn)為有利于節(jié)點(diǎn)抗剪，可提高節(jié)點(diǎn)延性，減輕節(jié)點(diǎn)破壞程度。
2.水平箍筋�；炷脸趿褧r(shí)節(jié)點(diǎn)抗剪能力不受箍筋多少的影響。節(jié)點(diǎn)抗剪強(qiáng)度和配箍率之間是非線(xiàn)性的，抗剪強(qiáng)度不是按（Vc+Vs）那樣按比例增加，且配箍率過(guò)高會(huì)引起混凝土破壞先于箍筋屈服的后果，使節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪強(qiáng)度達(dá)不到預(yù)計(jì)的最大值。
3.柱子的縱向鋼筋。柱子縱筋對(duì)節(jié)點(diǎn)抗剪是有利的，但不像增加水平箍筋那樣能提高節(jié)點(diǎn)的抗剪強(qiáng)度。
4.垂直鋼筋。設(shè)置垂直鋼筋可承擔(dān)節(jié)點(diǎn)剪力的垂直分量，以減小混凝土負(fù)擔(dān)，從而提高節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度，節(jié)點(diǎn)延性也有明顯增加，但抗初裂強(qiáng)度未提高。
5.直交梁。對(duì)提高核心區(qū)抗剪強(qiáng)度有明顯作用。
6.樓板和梁腋。樓板具有增強(qiáng)對(duì)節(jié)點(diǎn)的約束和提高梁的抗彎能力的作用。對(duì)梁加腋使節(jié)點(diǎn)抗剪的有效體積有所增加，提高抗剪強(qiáng)度和剛度，有利于實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁。
7.偏心影響。同梁柱無(wú)偏心的情況相比，其承載能力要降低50%～70%。
（三）節(jié)點(diǎn)的變形
節(jié)點(diǎn)的變形主要包括節(jié)點(diǎn)中心區(qū)的剪切變形和梁端對(duì)柱邊的轉(zhuǎn)動(dòng)，這種轉(zhuǎn)動(dòng)是梁筋滑動(dòng)（從柱中拔出）而引起的。也就是說(shuō)，當(dāng)結(jié)構(gòu)進(jìn)入非彈性階段后，承受高彎曲、高剪切和軸向力的節(jié)點(diǎn)區(qū)將產(chǎn)生彎曲變形（染端對(duì)柱邊的轉(zhuǎn)動(dòng)）這三種非彈性變形。
（四）節(jié)點(diǎn)的延性
延性是反映結(jié)構(gòu)、構(gòu)件或材料非彈性變形能力的一個(gè)度量指標(biāo)。對(duì)于節(jié)點(diǎn)的延性要求，主要是對(duì)鄰近核心區(qū)的梁端和柱端而言的，要求梁端和柱端有較大的變形能力，即使出現(xiàn)塑性鉸也不至于產(chǎn)生梁柱剪切破壞。
（五）節(jié)點(diǎn)的破壞形式
根據(jù)震害的試驗(yàn)結(jié)果，節(jié)點(diǎn)的破壞形式可分為以下四種。
1.梁端受彎破壞。受拉鋼筋屈服，受壓區(qū)混凝土壓碎。混凝土保護(hù)層脫落，梁上交叉斜裂縫嚴(yán)重，梁端形成塑性鉸。
2.柱端壓彎破壞。在彎矩和軸向力的共同作用下，柱端混凝土受壓破壞，柱筋壓曲，箍筋外鼓或崩斷，柱端形成塑性鉸。
3.錨固破壞。梁受力筋錨固長(zhǎng)度不足，在反復(fù)荷載作用下，鋼筋與混凝土的粘結(jié)先行破壞，鋼筋滑移，或混凝土壓酥，梁筋拔出，而此時(shí)梁筋尚未達(dá)到屈服。
4.核心區(qū)剪切破壞。在水平力作用下，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪強(qiáng)度不足，產(chǎn)生斜向?qū)橇芽p或交叉裂縫。嚴(yán)重時(shí)混凝土成塊剝落，箍筋外鼓或崩斷。
上述第一種彎曲破壞屬延性破壞，其余三種皆屬脆性破壞，應(yīng)設(shè)法避免。節(jié)點(diǎn)破壞的主要原因是混凝土缺少約束，節(jié)點(diǎn)配筋不足，鋼筋錨固不當(dāng)以及施工質(zhì)量不良等引起，也就是說(shuō)，要從強(qiáng)度和延性構(gòu)造兩個(gè)方面采取措施，也提高節(jié)點(diǎn)的抗震性能。
二、節(jié)點(diǎn)抗震加固研究
（一）加固計(jì)算承載力原則
1.結(jié)構(gòu)的計(jì)算簡(jiǎn)圖應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際受力情況確定。
2.結(jié)構(gòu)的計(jì)算載面積，應(yīng)采用實(shí)際有效載面積，并考慮結(jié)構(gòu)在加固時(shí)的實(shí)際受力情況和加固部分應(yīng)變滯后的特點(diǎn)，以及加固部分一結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的程度。
3.進(jìn)行結(jié)構(gòu)的承載力驗(yàn)算時(shí)，應(yīng)考慮實(shí)際荷載偏心、結(jié)構(gòu)變形、溫度作用等造成的附加內(nèi)力。
4.加固后使結(jié)構(gòu)重量增大時(shí)，尚應(yīng)對(duì)被加固的相關(guān)結(jié)構(gòu)及建筑物基礎(chǔ)進(jìn)行驗(yàn)算。
（二）加固方法的比較和研究
1.加大載面加固法是采用增大混凝土構(gòu)件的載面面積，以提高其承載力和滿(mǎn)足正常使用的一種加固方法，鑒于加腋梁能有效地提高節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪載面積，從而提高抗剪強(qiáng)度和剛度，在不影響使用功能的前提下，通過(guò)對(duì)梁加腋來(lái)加固節(jié)點(diǎn)是非常有效的。
2.外包粘鋼加固法是在混凝土構(gòu)件外部粘貼鋼板，以43提高承載力和滿(mǎn)足正常使用的加固方法。該加固方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：是被加固構(gòu)件基本不受損傷，可以充分發(fā)揮原構(gòu)件的作用；是外粘鋼厚度小，加固后構(gòu)件自重增加少；是加固后構(gòu)件的外形尺寸變化不大，對(duì)建筑功能影響極小，且施工工藝簡(jiǎn)便。
3.外包鋼加固是在混凝土構(gòu)件四周以型鋼的加固方法（分干式和濕式兩種形式）。適用于使用上不允許增大混凝土載面尺寸，而又需要大幅提高承載力的混凝土結(jié)構(gòu)的加固。
4.錨貼鋼材加固法是通過(guò)鉚釘、錨栓、高強(qiáng)螺栓、高強(qiáng)承壓螺栓、膨脹螺栓等機(jī)械的方法，將鋼材貼在被加固構(gòu)件表面，達(dá)到改善構(gòu)件性能的目的，錨貼鋼材的形式可多種多樣，如鋼板、槽鋼、角鋼及組合構(gòu)件。
5.粘貼和錨貼共同作用的復(fù)合加固方法。這種方法使鋼材屈服前錨接的壓力減輕了膠體內(nèi)的剪應(yīng)力，在膠體粘結(jié)作用上，外貼鋼材與原構(gòu)件變形協(xié)調(diào)，當(dāng)鋼材屈服以致造成膠體破壞后，錨栓和螺栓承擔(dān)全部錨固作用，外貼鋼材可以繼續(xù)發(fā)揮其延性，保證構(gòu)件的延性破壞。
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