環(huán)向橡膠墊圈套箍RCS結(jié)構(gòu)組合節(jié)點(diǎn)

張 靖 韓宇平

0 引言

環(huán)向橡膠墊圈套箍RCS結(jié)構(gòu)組合節(jié)點(diǎn)為一種鋼梁與鋼骨混凝土連接節(jié)點(diǎn)(也稱 RCS組合節(jié)點(diǎn))，整個(gè)節(jié)點(diǎn)為柱貫通式，主要由型鋼梁和鋼骨混凝土柱兩部分連接而成。節(jié)點(diǎn)是連接梁和柱、梁和墻的關(guān)鍵部位，地震作用下節(jié)點(diǎn)安全可靠地工作是保證結(jié)構(gòu)正常工作的前提。由于節(jié)點(diǎn)一般都處于壓彎剪復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)，受力比較復(fù)雜，因此研究并掌握節(jié)點(diǎn)的受力性能、破壞機(jī)理，使節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)傳力明確，計(jì)算可靠，構(gòu)造合理是十分重要的，尤其在復(fù)雜地震作用下，更應(yīng)重視節(jié)點(diǎn)的合理設(shè)計(jì)。在抗震設(shè)計(jì)中，提出“強(qiáng)柱弱梁，節(jié)點(diǎn)更強(qiáng)”的設(shè)計(jì)原則，充分體現(xiàn)了節(jié)點(diǎn)在整體結(jié)構(gòu)中的重要地位。在節(jié)點(diǎn)的上部和下部做鋼箍補(bǔ)強(qiáng)，以提高節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)的剛度和強(qiáng)度，防止節(jié)點(diǎn)區(qū)開(kāi)裂破壞。整個(gè)節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力合理，節(jié)點(diǎn)區(qū)的剛度和強(qiáng)度能夠得到有效保證，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和工程應(yīng)用價(jià)值。

1 RCS結(jié)構(gòu)組合節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造及特征

1.1 RCS結(jié)構(gòu)組合節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造

環(huán)向橡膠墊圈套箍RCS結(jié)構(gòu)復(fù)合裝置，包括上、下預(yù)制鋼板，螺栓，鋼板橡膠墊，該鋼板橡膠墊于其上，下部預(yù)制鋼板粘貼后與連接預(yù)制鋼板的螺栓共同構(gòu)成復(fù)合套箍裝置，利用橡膠墊和節(jié)點(diǎn)處鋼板的擠壓和螺栓的高強(qiáng)性能夠提高節(jié)點(diǎn)處鋼梁與鋼骨混凝土連接;套箍起到了箍筋的作用。安裝套箍復(fù)合裝置就相當(dāng)于在節(jié)點(diǎn)處進(jìn)行了箍筋的加密。該復(fù)合套箍裝置主要部分為四塊鋼板(可根據(jù)節(jié)點(diǎn)形狀增加鋼板的數(shù)量)，每塊鋼板內(nèi)側(cè)布置2個(gè)橡膠墊，在每個(gè)鋼板的端部設(shè)置螺栓孔，以便組合鋼板時(shí)，螺栓的連接。

1.2 RCS結(jié)構(gòu)組合節(jié)點(diǎn)的構(gòu)造特征

框架結(jié)構(gòu)在正常工作時(shí)受豎向和水平兩種荷載作用，進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，梁端和柱端的彎矩分布形式基本與水平荷載下的情況相似，以中間十字形節(jié)點(diǎn)為例，各種外荷載作用下節(jié)點(diǎn)域的受力和變形形式較為復(fù)雜，節(jié)點(diǎn)域受梁、柱端影響而彎矩、剪力、軸力共存。這里需要強(qiáng)調(diào)的是，實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，按照“強(qiáng)柱弱梁、節(jié)點(diǎn)更強(qiáng)”原則及構(gòu)造層結(jié)構(gòu)柱子壁板的厚度一般都不小于梁高度，節(jié)點(diǎn)域內(nèi)隔板的厚度要求不小于梁翼緣且要保證內(nèi)隔板受拉時(shí)的凈截面積不小于截面積。同時(shí)，在節(jié)點(diǎn)域柱子的四塊壁板之間與內(nèi)隔板間均為熔透的對(duì)接焊縫連接，完全等強(qiáng)連接，這樣一來(lái)，節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)一般不發(fā)生破壞，破壞只會(huì)發(fā)生在較弱的梁端核芯區(qū)，混凝土由于三向約束作用雖有裂縫但不會(huì)完全壓潰，鑒于此，對(duì)滿足前述構(gòu)造要求的高層框架節(jié)點(diǎn)，因節(jié)點(diǎn)域內(nèi)隔板的抗拉能力大于梁翼緣，且由于核芯區(qū)混凝土的存在而節(jié)點(diǎn)域較梁端“強(qiáng)”得多，不可能發(fā)生內(nèi)隔板先于梁端的屈服情況。所以，設(shè)計(jì)中只要保證了梁柱連接處梁端的受彎承載力，節(jié)點(diǎn)域的受彎承載力自然就能滿足。套箍復(fù)合裝置通過(guò)其自身的約束作用，保證了梁柱連接處梁端的受彎承載力，從而對(duì)節(jié)點(diǎn)起到了保護(hù)作用。

2 技術(shù)領(lǐng)域和技術(shù)作用

2.1 方案技術(shù)領(lǐng)域

文章中的組合節(jié)點(diǎn)裝置為一種剛性節(jié)點(diǎn)裝置，能夠?yàn)樾弯摿号c鋼骨混凝土柱構(gòu)件提供可靠連接，能夠有效地提高節(jié)點(diǎn)連接區(qū)域的剛度和強(qiáng)度，同時(shí)能夠滿足整體結(jié)構(gòu)受力要求和整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能。

20世紀(jì)80年代初，美國(guó)就已經(jīng)率先在傳統(tǒng)的鋼筋混凝土框架，鋼結(jié)構(gòu)以及后繼發(fā)展的鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)(SRC)復(fù)合式框架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，成功的開(kāi)發(fā)研制了一種充分利用和發(fā)揮鋼構(gòu)件和鋼筋混凝土構(gòu)件各自在抗彎或抗壓強(qiáng)度，剛度，延性及建筑功能適用性方面優(yōu)勢(shì)的新型組合式框架結(jié)構(gòu)提議，也即鋼筋混凝土柱與鋼梁組成的RCS組合框架結(jié)構(gòu)體系，并已經(jīng)成功的應(yīng)用在高層建筑中。日本學(xué)者和AIJ(日本建筑研究院)逐漸認(rèn)識(shí)到RCS結(jié)構(gòu)相比SCR具有的優(yōu)越性，并且對(duì)RCS組合節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜內(nèi)力傳遞做了深入的研究，得到了一些成果。

RCS組合框架結(jié)構(gòu)在我國(guó)起步較晚，我國(guó)土木工程科研和設(shè)計(jì)工作者已經(jīng)做了一些工作，在借鑒國(guó)外既有研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合我國(guó)實(shí)際情況，已經(jīng)取得了一些科研成果，對(duì)于RCS結(jié)構(gòu)的一些受力性能有了一些認(rèn)識(shí)，但是對(duì)于RCS組合節(jié)點(diǎn)區(qū)的復(fù)雜的受力性能仍然在探索研究之中。

2.2 方案技術(shù)作用及實(shí)施方式

RCS結(jié)構(gòu)組合節(jié)點(diǎn)是為了保證型鋼梁與鋼骨混凝土柱的可靠連接，在充分考慮了型鋼梁與鋼骨混凝土構(gòu)件的受力特性基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際工程中具體構(gòu)件的應(yīng)用情況和我國(guó)抗震規(guī)范對(duì)于強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱局部的抗震設(shè)防要求，以及施工方便性能的要求，能夠有效地提高組合節(jié)點(diǎn)區(qū)的強(qiáng)度和剛度，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受力合理，結(jié)果措施安全可靠。

該方案可以對(duì)型鋼梁與鋼骨混凝土柱起到有效的連接。套箍裝置可以與節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼板共同承擔(dān)型鋼梁受力而產(chǎn)生的荷載，具有較高的承載能力，在建筑結(jié)構(gòu)物正常使用情況下，可以安全支撐節(jié)點(diǎn)的常規(guī)荷載，保證建筑結(jié)構(gòu)物的正常使用要求，并且由于裝置制作簡(jiǎn)單，施工方便，所以在實(shí)際工程中可以得到較大的運(yùn)用。套箍均布在節(jié)點(diǎn)的上下，可以對(duì)節(jié)點(diǎn)做到有效的補(bǔ)強(qiáng)和較好的穩(wěn)定。另外，該裝置具有較大的伸縮性，易于調(diào)整，可適用于大小不同節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)強(qiáng)，性能穩(wěn)定(見(jiàn)圖1)。

3 方案存在問(wèn)題

雖然目前對(duì)于抗震節(jié)點(diǎn)的研究很多，但還存在以下一些問(wèn)題:由于抗震節(jié)點(diǎn)裝置的構(gòu)造過(guò)于復(fù)雜，直接影響到抗震節(jié)點(diǎn)裝置的造價(jià)，不利于抗震節(jié)點(diǎn)裝置的推廣;抗震節(jié)點(diǎn)模型力學(xué)參數(shù)與設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)應(yīng)的定量化關(guān)系尚不確切，需要進(jìn)一步研究;抗震節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)在地震力作用下的三向耦合分析、傾覆、簡(jiǎn)化計(jì)算等問(wèn)題都有待于進(jìn)一步的研究。

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