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抗震加固钢筋混凝土框架结构节点设计探讨

发布时间:2018-02-05 11:52 本文地址:http://www.qikan58.com/Info-detail-28441.html 来源:裘国强 裘孝平 点击数:849

【摘要】近年来,国内外已经进行了一系列框架节点的抗震试验研究,震害和研究均表明,框架节点是结构抗震的薄弱环节。本文简要的介绍了下抗震加固钢筋混凝土节点的研究现状,并从影响节点抗震的因素、抗震加固节点的原则、加固技术等方面总结归纳了国内外抗震加固节点设计的研究现状和成果。

【关键词】钢筋混凝土;梁柱节点;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

框架節点是指框架梁柱相交的节点核心区与邻近核心区的梁端和柱端。框架节点是结构传力的枢纽,应具有足够的强度和必要的延性 [1]。近年来,国内外经过大量的试验研究,均表明框架节点是结构抗震的薄弱环节。我国是地震多发、也是地震灾害最严重的国家之一,建筑结构损伤、破坏甚至倒塌是震害的主要表现之一。钢筋混凝土框架结构又是我国工业和民用建筑的一种常用结构,因此为了保护广大人民的人身财产安全,我们必须加强框架节点的设计,从而提高节点的抗震性能,保证建筑的安全性。

1. 抗震加固钢筋混凝土节点的研究现状

(1)国内外大地震的震害表明,梁柱节点是钢筋混凝土结构抗震的一个薄弱环节。国际上自上世纪60年代起即进行研究和探索,我国自1976年唐山大地震后开始对钢筋混凝土节点进行研究。虽然取得了一定的成果,但仍然存在许多问题。当前的建筑抗震加固技术规程仅仅对框架梁和框架柱抗震加固进行了规定,而对节点的抗震加固没有明确规定,所以急需针对节点加固的相关指导文件 [2]。

(2)当前抗震加固梁柱节点方法主要有纤维增强复合材料加固、混凝土套加固法和钢构套加固等 [3]。

2. 影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的因素

(1)轴压比,一般认为轴压比不大于0.8时,有利于节点抗剪,提高节点延性,减轻节点破坏程度 [4];

(2)水平箍筋,在框架节点内配置水平封闭箍筋,一方面对框架节点核芯区混凝土产生有利约束,增强传递轴向荷载的能力,另一方面承担部分水平剪力,提高框架节点的抗剪承载力;

(3)柱纵向钢筋,合理布置柱纵向钢筋可以在一定程度上提高框架节点抗剪承载力,但增加柱纵向钢筋不像增加水平箍筋那样效果显著;

(4)直交梁,垂直于框架平面与节点相交的直交梁对框架节点核芯区混凝土具有约束作用,从而提高框架节点的抗剪承载力。

(5)垂直钢筋,在水平反复荷载作用下,框架节点核芯混凝土出现交叉斜裂缝后,剪力的传递由斜压杆作用过渡到水平箍筋承担水平分力、柱纵向钢筋承担竖向分力以及平行于斜裂缝的混凝土骨料咬合力所构成的桁架抗剪机制,设置竖向箍筋可承担框架节点剪力的竖向分量,减少混凝土的负担,从而提高框架节点的抗剪承载力,但施工不便 [5];

(6)偏心影响,对比与无偏心框架节点,偏心框架节点抗剪承载力明显下降;

(7)预应力作用,对钢筋混凝土框架节点施加预应力,可使框架节点核芯区混凝土增加约束,处于双向受力状态,从而提高框架节点的抗剪承载力;

(8)反复荷载,在反复荷载作用下,材料强度和构件强度降低,粘结锚固性能退化,剪切变形加大,随着梁端变形的逐步增加,框架节点核芯区抗剪承载力相应逐渐衰减。

(9)楼板,楼板对节点核心区具有约束作用,同时能提高梁的抗弯能力。

3. 节点的破坏形式和失效方式

3.1常见的节点破坏形式。

常见的破坏形式有梁端受弯破坏、柱端压弯破坏、粘结锚固破坏和核心区剪切破坏。节点破坏形式主要是粘结锚固破坏、核心区剪切破坏和两种破坏同时发生的节点损坏。

3.2节点失效方式。

(1)梁端和柱端受拉钢筋屈服前,节点发生剪切失效或剪切破坏;

(2) 在梁端和柱端受拉钢筋屈服到丧失正截面承载力(受压区混凝土被压碎) 之前,随着框架组合体交替变形逐步增大节点发生剪切失效或剪切破坏;

(3)在梁端和柱端受拉钢筋屈服后,随着框架组合体交替变形逐步增大,梁端或柱端塑性铰充分转动,直

至梁端或柱端丧失正截面承载力 [6]。

4. 钢筋混凝土结构的抗震加固原则

(1)要以结构的抗震鉴定结果为基础,抗震鉴定是通过检查现有建筑的设计、施工质量和现状,按规定的设防要求,对结构在地震作用下的安全性进行评估,针对具体的鉴定结果,进行有效的加固;endprint

(2)要对结构现状进行深入调查特别查明结构是否具有局部损伤,对于局部损伤应进行专门研究;

(3)要重点考虑结构总体抗震能力和变形能力的综合协调,抗震加固是整体加固,应首先考虑结构的整体性;

(4)要针对结构实际情况,采取不同的方案,如主要提高框架抗震承载能力、主要增强框架变形能力或改变结构体系而不加固框架等方案;

(5)加固后的楼层综合抗震能力不应小于1.0;且不宜超过下一楼层综合抗震能力的20%,超过时,应同时增强下一层的综合抗震能力 [7];

(6)加固后的框架应避免形成短柱、短梁或强梁弱柱;

(7)加固方案的选择要避免原结构的薄弱层发生转移,如果发生转移,应对新的薄弱层进行处理;

(8)增设墙体、支撑等构件时,要注意结构体系的变化,结构内力的重分布和可能出现的局部应力集中;

(9)应以结构的安全性为重点,同时考虑到结构适用和美观;

(10)应考虑到经济性和方便施工。

5. 钢筋混凝土结构的抗震加固技术

当前抗震加固梁柱节点方法主要有纤维增强复合材料加固、混凝土套加固法和钢构套加固等。

5.1纤维增强复合材料加固法。

(1)近年来,一种运用纤维增强复合材料的新方法被广泛应用。与传统加固技术相比,纤维增强复合材料具有重量轻,易于建造和强度高的优点。用碳纤维增强复合材料加固的梁柱节点会提高它们结构的刚度,强度和能量耗散能力。

(2)我国的研究人员也通过试验发现应用碳纤维布加固的节点,在相同的加载等级下其核心区的剪切变形较参照节点有较大幅度的降低,破坏截面由节点核心区转移至节点梁端,破坏模式转变为具有延性特征的节点梁端弯曲破坏,承载能力显著提高。这表明,试验中所采用的碳纤维布抗震加固混凝土框架节点方法是完全可行的 [8]。

5.2混凝土套加固法(混凝土套加固梁板柱节点见图1)。

通过大量的试验,研究人员发现用混凝土套加固后的试件抗震性能得到了显著提高,破坏形态可以从不加固时的脆性破坏转变为梁上出塑性铰的延性破坏,耗能能力和刚度退化都得到了明显的改善 [9]。

5.3钢构套加固法(波纹钢板套加固节点见图2)。

波纹钢板套可以比较有效地侧向约束内部的混凝土,使节点的延性和强度显著提高,由于波纹钢板套的约束作用限制了纵向钢筋的屈曲和钢筋与混凝土之间的粘结破坏,使得节点原本的脆性破坏得以改善,节点延性得以提高。

6. 抗震加固钢筋混凝土节点的发展趋势

随着社会的不断发展,科技水平不断提高,人们的观念也有很了很大进步,因此对加固的方法也有了更高的要求。仅仅满足安全性的加固方法已无法满足现在的需求,为了解决这一问题,就需要开发既满足安全要求、使用要求,又要满足美观要求的先进的加固方法。特别是随着耗能减震加固技术的发展,通过安装耗能减震器加固结构,使节点核心区的剪力减少来满足抗剪承载力的要求,必将是今后的发展趋势。

7. 结束语

抗震加固钢筋混凝土节点的研究,具有十分重要的现实意义,它将很好的提高建筑的抗震性能,保证结构的安全性。虽然现有的研究成果还很不完善,不能满足实际工程的需要,但随着人们对抗震加固钢筋混凝土节点问题研究的不断深入,取得的成果将越来越多,这将得到很好的解决的。

参考文献

[1]余瑜,谷军,朱宇.框架节点抗震构造措施[J]. 建筑技术,2006,37(5):368~371.

[2]王玉镯,田珊,曹三鹏等.钢筋混凝土框架节点的抗震加固[J].山东建筑工程学院学报,2004,19(1):5~7.

[3]彭亚萍,刘增夕,黄博升.FRP约束混凝土梁柱节点的研究现状[J].工业建筑,2004,增刊:194~197.

[4]傅剑平,张川,陈滔,白绍良. 钢筋混凝土抗震框架节点受力机理及轴压比影响的试验研究[J]. 建筑结构学报,2006,27(3):67~77.

[5]李视令,粱发云.钢筋混凝土框架梁柱节点的抗震加固[J]. 建筑技术,2001,32(6):375~377.

[6]乔亚雄.浅谈增强钢筋混凝土框架节点的措施[J].山西建筑, 2008,34(6):112~113.

[7]李科, 魏延良.钢筋混凝土结构的抗震加固方法述评[J].地震工程与工程振动,2005,25(4):126~129.

[8]王步,王溥.基于节点的碳纤维布抗震加固混凝土框架方法I:试验研究[J]. 四川建筑科学研究,2007,33(2):113~117.

[9]曹忠民,李愛群.抗震加固钢筋混凝土梁柱节点的研究进展[J].华东交通大学学报,2006,23(1):1~5.


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