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探討鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點的抗震加固
【摘要】國內(nèi)外多次地震的實踐證明,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。文章對鋼筋混凝土框架梁柱節(jié)點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;抗震加固
中圖分類號:TU37 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號:1006-0278(2013)01-099-01
不論何種框架結(jié)構(gòu),都有框架節(jié)點。節(jié)點是一個重要的結(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)點受力大,要求嚴(yán)。框架一剪力墻結(jié)構(gòu)由于水平力主要由剪力墻承擔(dān),節(jié)點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)點更是一個薄弱壞節(jié)。
由于節(jié)點處梁柱數(shù)目的比例不同,節(jié)點受力狀況也是不一樣的,如頂層邊柱節(jié)點是一個拐角節(jié)點,受荷后節(jié)點受張開或閉合的彎矩,而梁柱的鋼筋都要在核心區(qū)錨固,受力比較復(fù)雜,節(jié)點核心區(qū)容易發(fā)生破壞。十字形的中柱節(jié)點由于四周有梁的約束,比較安全,但在強烈地震作用下,節(jié)點兩側(cè)的梁端可能均達到很大的剪力,容易發(fā)生核心區(qū)剪切破壞。
一、節(jié)點的強度
(一)節(jié)點的受力特點
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)點核心區(qū)受剪力較小,邊柱節(jié)點核心區(qū)受剪力較大。在水平荷載作用下,節(jié)點受水平剪力很大,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)點抗震強度的因素
1.軸向力。軸向壓力在一定范圍內(nèi)對節(jié)點抗震是有利的,但是對于是否提高節(jié)點極限抗剪強度觀點還不一致。但是軸壓比不大于0.8時,一般認(rèn)為有利于節(jié)點抗剪,可提高節(jié)點延性,減輕節(jié)點破壞程度。
2.水平箍筋;炷脸趿褧r節(jié)點抗剪能力不受箍筋多少的影響。節(jié)點抗剪強度和配箍率之間是非線性的,抗剪強度不是按(Vc+Vs)那樣按比例增加,且配箍率過高會引起混凝土破壞先于箍筋屈服的后果,使節(jié)點核心區(qū)的抗剪強度達不到預(yù)計的最大值。
3.柱子的縱向鋼筋。柱子縱筋對節(jié)點抗剪是有利的,但不像增加水平箍筋那樣能提高節(jié)點的抗剪強度。
4.垂直鋼筋。設(shè)置垂直鋼筋可承擔(dān)節(jié)點剪力的垂直分量,以減小混凝土負擔(dān),從而提高節(jié)點強度,節(jié)點延性也有明顯增加,但抗初裂強度未提高。
5.直交梁。對提高核心區(qū)抗剪強度有明顯作用。
6.樓板和梁腋。樓板具有增強對節(jié)點的約束和提高梁的抗彎能力的作用。對梁加腋使節(jié)點抗剪的有效體積有所增加,提高抗剪強度和剛度,有利于實現(xiàn)強柱弱梁。
7.偏心影響。同梁柱無偏心的情況相比,其承載能力要降低50%~70%。
(三)節(jié)點的變形
節(jié)點的變形主要包括節(jié)點中心區(qū)的剪切變形和梁端對柱邊的轉(zhuǎn)動,這種轉(zhuǎn)動是梁筋滑動(從柱中拔出)而引起的。也就是說,當(dāng)結(jié)構(gòu)進入非彈性階段后,承受高彎曲、高剪切和軸向力的節(jié)點區(qū)將產(chǎn)生彎曲變形(染端對柱邊的轉(zhuǎn)動)這三種非彈性變形。
(四)節(jié)點的延性
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度量指標(biāo)。對于節(jié)點的延性要求,主要是對鄰近核心區(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)點的破壞形式
根據(jù)震害的試驗結(jié)果,節(jié)點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;炷帘Wo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,而此時梁筋尚未達到屈服。
4.核心區(qū)剪切破壞。在水平力作用下,節(jié)點核心區(qū)抗剪強度不足,產(chǎn)生斜向?qū)橇芽p或交叉裂縫。嚴(yán)重時混凝土成塊剝落,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)點破壞的主要原因是混凝土缺少約束,節(jié)點配筋不足,鋼筋錨固不當(dāng)以及施工質(zhì)量不良等引起,也就是說,要從強度和延性構(gòu)造兩個方面采取措施,也提高節(jié)點的抗震性能。
二、節(jié)點抗震加固研究
(一)加固計算承載力原則
1.結(jié)構(gòu)的計算簡圖應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)實際受力情況確定。
2.結(jié)構(gòu)的計算載面積,應(yīng)采用實際有效載面積,并考慮結(jié)構(gòu)在加固時的實際受力情況和加固部分應(yīng)變滯后的特點,以及加固部分一結(jié)構(gòu)協(xié)同工作的程度。
3.進行結(jié)構(gòu)的承載力驗算時,應(yīng)考慮實際荷載偏心、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,尚應(yīng)對被加固的相關(guān)結(jié)構(gòu)及建筑物基礎(chǔ)進行驗算。
(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)點核心區(qū)的抗剪載面積,從而提高抗剪強度和剛度,在不影響使用功能的前提下,通過對梁加腋來加固節(jié)點是非常有效的。
2.外包粘鋼加固法是在混凝土構(gòu)件外部粘貼鋼板,以43提高承載力和滿足正常使用的加固方法。該加固方法具有以下優(yōu)點: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,對建筑功能影響極小,且施工工藝簡便。
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鉚釘、錨栓、高強螺栓、高強承壓螺栓、膨脹螺栓等機械的方法,將鋼材貼在被加固構(gòu)件表面,達到改善構(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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