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[摘 要]根据多次地震灾害的研究表明,在地震中,被破坏的建筑结构多数集中在底层柱和节点等关键部位,对于这些关键部位,在建筑设计规范中,并没有对抗震性能出具一个很明确的规范标准。在国内外的节点抗震性能试验中,研究人员得出了影响这些节点抗震性能的几个主要因素,并提出了几点措施。
[关键词]框架节点 建筑结构 地震 影响因素
中图分类号:TU3文献标识码:A文章编号:1009-914X(2013)21-0000-01
节点在地震中是整个建筑框架最容易被破坏的部位,因此在研究设计抗震结构时,建筑节点的研究比一般其他结构更具有安全意义。现目前根据建筑技术的发展,在多层建筑中由于钢筋混凝土框架结构在抗震方面性能比较优秀、性价比也相对较高、建筑空间比较灵活,所以在实例建筑中,这种建筑模式得到了广泛的运用。但在最近国内外地震中,这种钢筋混凝土框架结构被破坏的现象比较常见。从以前的地震数据来看,节点是整个建筑被破坏的最核心部位,是否完好关系到整个建筑的安全稳定性,所以在建筑抗震设计中是设计师最应该关注的一个环节。
一、影响钢筋混泥土框架节点结构抗震性能主要因素
(一)建筑材料的强度。在建筑中,混泥土的强度将直接影响框架节点的抗震承受力,当混凝土的强度越高,建筑柱、梁的横截面将会变小,节点的核芯区混凝土承剪面积也相对变小,反而不利于抗震。根据《混泥土结构设计规范》中指出,提倡运用HRB400级钢筋,如果在相同的设计前提下,用钢量会比HRB335的用钢量要少,但是这样钢筋表面和周边的混凝土黏粘能力会相应的减弱,钢筋在地震中容易偏移。
(二)建筑节点型式。在一榀框架结构中,┌型节点的柱、梁纵筋都必须在框架节点核芯区锚固,导致受力比较复杂,抗破坏程度低;┳型节点的梁纵筋可以直通,水平地震中,梁的抗弯承受力要强于柱,柱端容易产生塑性铰;┠型节点的梁筋锚固比较薄弱,钢筋易滑移,角柱节点受力情况不容乐观;╋型节点在地震中节点两侧的梁端都能到达屈服,节点核芯区容易被剪切破坏。
(三)轴压比。当柱轴在压力的作用下,框架节点核芯区混凝土抗剪能力会得到一定的提高。当节点核芯区的混凝土裂开之前,柱界面承受力面积增大,斜压杆作用增强。轴压比继续增大,抗剪能力相对增强,如果轴压比超过了临界值,节点受压区的混凝土将会产生裂缝,这时的抗剪能力反而会下降。
(四)水平箍筋。在建筑中为了防止斜拉破坏和斜压破坏,一般采取的措施是控制剪压比,即是限制钢筋配箍率,这样防止破坏时节点核芯区的混凝土先于钢筋屈服,同时这种措施能在一定程度上有效的提高抗震性能。
(五)竖向箍筋。反复的水平地震荷载下,节点核芯区混凝土会产生交叉的斜裂缝,剪力传递向水平箍筋水平承担分力、柱纵向承担分力和斜裂缝周围混凝土咬合力组成的抗剪结构过渡。虽然设置竖向箍筋可以分担竖向剪力提高建筑的抗震能力,但是存在施工不便的缺陷。
(六)柱纵筋。和水平箍筋按照规定与抗弯要求设置的柱纵向钢筋相结合,对节点核芯区混凝土双向约束,对提高节点抗剪能力有一定的帮助,但是增加柱纵筋却没有水平箍筋效果好。
(七)直交梁。垂直框架平面和直交梁能对框架节点核芯区混凝土有一定的约束力,增强了框架节点的抗剪能力。但是如果斜向地震双轴效应把两方向的梁纵筋都屈服,则直接降低了直交梁对节点的约束力。如果是单侧才有直交梁节点结构,那么对抗剪能力的提高相对比较小。
(八)楼板。框架节点附近的楼板也对节点核芯区具有约束能力,楼板在梁翼缘在受力弯曲过程中发挥作用,从而提高节点的抗剪能力。
(九)预加应力。设计中应对框架节点施加预应力,从而使节点核芯区都能受到双向约束状态,这样增强框架节点抗剪能力。但是没有黏粘性的预应力筋变相的削弱节点核芯区混凝土面积,从而降低节点抗剪能力。所以,运用这种方案要多方面的考虑。
(十)偏心影响。在建筑中外墙时常一柱、梁中心线错开,或者和柱侧、梁侧平行,这时的偏心框架节点将会受到周围扭矩力作用,剪力在这些节点内传递相对很复杂,导致节点抗剪能力下降。
(十一)异形柱。T型柱结构节点抗剪能力较弱,梁屈服后节点马上进入通裂状态。当柱腹板宽度小于梁宽时,柱腹板外梁纵筋锚固较弱,不利于抗震。
(十二)反复荷载。框架节点在反复荷载作用下节点内的剪应力方向不断的交替,核芯区斜向缝隙在张开和闭合状态交替变化,这样节点核芯区抗剪能力降低。节点内的两侧梁纵筋也很可能一方面受拉力屈服,另一侧受到压力屈服,钢筋滑移,节点抗剪能力减弱。
二、框架节点加固措施
在建筑史中,对框架节点加固研究已经有了很长时间的发展历程,我国这方面的起步略晚于国外,但是随着我国建筑要求的提高和当前建筑的老龄化情况比较严重,在近20年来我国建筑节点加固技术在理论和实际上都有了较快速的发展。对建筑节点加固主要采取以下几种措施:运用有加大截面面积、钢构套加固、混凝土套加固、粘贴钢板和外包碳纤维等等。在我国前期的研究中,多采用传统的加大截面面积法,在承载力重的重要部位植入钢筋和混凝土套加固,在施工中比较快捷方便、经济适用,但是这种方法的缺陷就是占用原有的空间,对建筑内部的一些功能有一定的影响。现在阶段主要采用碳纤维和粘贴钢板方案,对于这两种方案做一个简单的探讨。
(一)通常的增大框架节点截面面积方案是和框架柱一起进行讨论的。采用的增大截面面积加固法与修复钢筋混凝土框架结构是科学合理的,效果也是相对很明显的。目前这种方案主要的问题在于在二次加固中的受力分析和计算方法需要进一步的去探究分析,新旧混凝土的粘合性和整体的抗震性都要深入的分析,这样在加固中需要分析的地方多而复杂,并且当前抗震加固技术没有一个明确的规范,在加固作业中,主要针对的是单独的独立构件,较少去考慮整体结构的加固工作。
(二)现如今采用的常见的加固方法是粘贴碳纤维对梁、柱、墙体的加固,因为碳纤维布的单向受拉特点,所以受力明确是碳纤维粘贴加固方法的特点,通常直接把碳纤维贴在混凝土构件受边或者受拉方向上,用来提高节点的抗剪能力,与此同时,碳纤维和混凝土的锚固技术也是现在研究的方向。对于现浇楼板梁端负弯矩区加固,主要采取在板顶与梁顶错开贴碳纤维布搭传接力。预制板梁端负弯矩区加固,因为碳纤维锚固困难,所以加固效果比较难实现。
(三)现在建筑后锚固化学植筋加固技术在扩建、改建、加固和结构维护中运用的比较广泛。因为该技术运用中施工简单灵活,在工程中不仅在现有建筑还是新建筑都运用的很广泛。根据《混凝土结构加固设计规范》与《混凝土结构后锚固技术规程》中对植筋锚固的相关规定,但是没有针对不同部位构件相关规定,所以建筑的不同构件形式加固研究是现在植筋加固研究的发展方向。当确定植筋加固方案后,化学植筋加固的质量成为了锚固质量的关键所在,所以在工程中应按照先关规定合理的进行后锚固施工。
参考文献
[1] 于洁,陈玲俐.钢筋混凝土框架节点抗震性能研究进展[J].世界地震工程,2010,(02):151-159.
[2] 李英民,刘建伟.钢筋混凝土框架夹心节点抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2010,(12):74-82.
[3] 王丛菲,贾清霞.浅谈影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的因素[J].黑龙江科技信息,2011,(24):296.
[4] 李颖晔.影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的因素[J].安徽建筑,2007,(05):68-69.
[关键词]框架节点 建筑结构 地震 影响因素
中图分类号:TU3文献标识码:A文章编号:1009-914X(2013)21-0000-01
节点在地震中是整个建筑框架最容易被破坏的部位,因此在研究设计抗震结构时,建筑节点的研究比一般其他结构更具有安全意义。现目前根据建筑技术的发展,在多层建筑中由于钢筋混凝土框架结构在抗震方面性能比较优秀、性价比也相对较高、建筑空间比较灵活,所以在实例建筑中,这种建筑模式得到了广泛的运用。但在最近国内外地震中,这种钢筋混凝土框架结构被破坏的现象比较常见。从以前的地震数据来看,节点是整个建筑被破坏的最核心部位,是否完好关系到整个建筑的安全稳定性,所以在建筑抗震设计中是设计师最应该关注的一个环节。
一、影响钢筋混泥土框架节点结构抗震性能主要因素
(一)建筑材料的强度。在建筑中,混泥土的强度将直接影响框架节点的抗震承受力,当混凝土的强度越高,建筑柱、梁的横截面将会变小,节点的核芯区混凝土承剪面积也相对变小,反而不利于抗震。根据《混泥土结构设计规范》中指出,提倡运用HRB400级钢筋,如果在相同的设计前提下,用钢量会比HRB335的用钢量要少,但是这样钢筋表面和周边的混凝土黏粘能力会相应的减弱,钢筋在地震中容易偏移。
(二)建筑节点型式。在一榀框架结构中,┌型节点的柱、梁纵筋都必须在框架节点核芯区锚固,导致受力比较复杂,抗破坏程度低;┳型节点的梁纵筋可以直通,水平地震中,梁的抗弯承受力要强于柱,柱端容易产生塑性铰;┠型节点的梁筋锚固比较薄弱,钢筋易滑移,角柱节点受力情况不容乐观;╋型节点在地震中节点两侧的梁端都能到达屈服,节点核芯区容易被剪切破坏。
(三)轴压比。当柱轴在压力的作用下,框架节点核芯区混凝土抗剪能力会得到一定的提高。当节点核芯区的混凝土裂开之前,柱界面承受力面积增大,斜压杆作用增强。轴压比继续增大,抗剪能力相对增强,如果轴压比超过了临界值,节点受压区的混凝土将会产生裂缝,这时的抗剪能力反而会下降。
(四)水平箍筋。在建筑中为了防止斜拉破坏和斜压破坏,一般采取的措施是控制剪压比,即是限制钢筋配箍率,这样防止破坏时节点核芯区的混凝土先于钢筋屈服,同时这种措施能在一定程度上有效的提高抗震性能。
(五)竖向箍筋。反复的水平地震荷载下,节点核芯区混凝土会产生交叉的斜裂缝,剪力传递向水平箍筋水平承担分力、柱纵向承担分力和斜裂缝周围混凝土咬合力组成的抗剪结构过渡。虽然设置竖向箍筋可以分担竖向剪力提高建筑的抗震能力,但是存在施工不便的缺陷。
(六)柱纵筋。和水平箍筋按照规定与抗弯要求设置的柱纵向钢筋相结合,对节点核芯区混凝土双向约束,对提高节点抗剪能力有一定的帮助,但是增加柱纵筋却没有水平箍筋效果好。
(七)直交梁。垂直框架平面和直交梁能对框架节点核芯区混凝土有一定的约束力,增强了框架节点的抗剪能力。但是如果斜向地震双轴效应把两方向的梁纵筋都屈服,则直接降低了直交梁对节点的约束力。如果是单侧才有直交梁节点结构,那么对抗剪能力的提高相对比较小。
(八)楼板。框架节点附近的楼板也对节点核芯区具有约束能力,楼板在梁翼缘在受力弯曲过程中发挥作用,从而提高节点的抗剪能力。
(九)预加应力。设计中应对框架节点施加预应力,从而使节点核芯区都能受到双向约束状态,这样增强框架节点抗剪能力。但是没有黏粘性的预应力筋变相的削弱节点核芯区混凝土面积,从而降低节点抗剪能力。所以,运用这种方案要多方面的考虑。
(十)偏心影响。在建筑中外墙时常一柱、梁中心线错开,或者和柱侧、梁侧平行,这时的偏心框架节点将会受到周围扭矩力作用,剪力在这些节点内传递相对很复杂,导致节点抗剪能力下降。
(十一)异形柱。T型柱结构节点抗剪能力较弱,梁屈服后节点马上进入通裂状态。当柱腹板宽度小于梁宽时,柱腹板外梁纵筋锚固较弱,不利于抗震。
(十二)反复荷载。框架节点在反复荷载作用下节点内的剪应力方向不断的交替,核芯区斜向缝隙在张开和闭合状态交替变化,这样节点核芯区抗剪能力降低。节点内的两侧梁纵筋也很可能一方面受拉力屈服,另一侧受到压力屈服,钢筋滑移,节点抗剪能力减弱。
二、框架节点加固措施
在建筑史中,对框架节点加固研究已经有了很长时间的发展历程,我国这方面的起步略晚于国外,但是随着我国建筑要求的提高和当前建筑的老龄化情况比较严重,在近20年来我国建筑节点加固技术在理论和实际上都有了较快速的发展。对建筑节点加固主要采取以下几种措施:运用有加大截面面积、钢构套加固、混凝土套加固、粘贴钢板和外包碳纤维等等。在我国前期的研究中,多采用传统的加大截面面积法,在承载力重的重要部位植入钢筋和混凝土套加固,在施工中比较快捷方便、经济适用,但是这种方法的缺陷就是占用原有的空间,对建筑内部的一些功能有一定的影响。现在阶段主要采用碳纤维和粘贴钢板方案,对于这两种方案做一个简单的探讨。
(一)通常的增大框架节点截面面积方案是和框架柱一起进行讨论的。采用的增大截面面积加固法与修复钢筋混凝土框架结构是科学合理的,效果也是相对很明显的。目前这种方案主要的问题在于在二次加固中的受力分析和计算方法需要进一步的去探究分析,新旧混凝土的粘合性和整体的抗震性都要深入的分析,这样在加固中需要分析的地方多而复杂,并且当前抗震加固技术没有一个明确的规范,在加固作业中,主要针对的是单独的独立构件,较少去考慮整体结构的加固工作。
(二)现如今采用的常见的加固方法是粘贴碳纤维对梁、柱、墙体的加固,因为碳纤维布的单向受拉特点,所以受力明确是碳纤维粘贴加固方法的特点,通常直接把碳纤维贴在混凝土构件受边或者受拉方向上,用来提高节点的抗剪能力,与此同时,碳纤维和混凝土的锚固技术也是现在研究的方向。对于现浇楼板梁端负弯矩区加固,主要采取在板顶与梁顶错开贴碳纤维布搭传接力。预制板梁端负弯矩区加固,因为碳纤维锚固困难,所以加固效果比较难实现。
(三)现在建筑后锚固化学植筋加固技术在扩建、改建、加固和结构维护中运用的比较广泛。因为该技术运用中施工简单灵活,在工程中不仅在现有建筑还是新建筑都运用的很广泛。根据《混凝土结构加固设计规范》与《混凝土结构后锚固技术规程》中对植筋锚固的相关规定,但是没有针对不同部位构件相关规定,所以建筑的不同构件形式加固研究是现在植筋加固研究的发展方向。当确定植筋加固方案后,化学植筋加固的质量成为了锚固质量的关键所在,所以在工程中应按照先关规定合理的进行后锚固施工。
参考文献
[1] 于洁,陈玲俐.钢筋混凝土框架节点抗震性能研究进展[J].世界地震工程,2010,(02):151-159.
[2] 李英民,刘建伟.钢筋混凝土框架夹心节点抗震性能试验研究[J].建筑结构学报,2010,(12):74-82.
[3] 王丛菲,贾清霞.浅谈影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的因素[J].黑龙江科技信息,2011,(24):296.
[4] 李颖晔.影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的因素[J].安徽建筑,2007,(05):68-69.