抗震加固鋼筋混凝土框架結構節點設計探討

裘國強　裘孝平

【摘要】近年來，國內外已經進行了一系列框架節點的抗震試驗研究，震害和研究均表明，框架節點是結構抗震的薄弱環節。本文簡要的介紹了下抗震加固鋼筋混凝土節點的研究現狀，并從影響節點抗震的因素、抗震加固節點的原則、加固技術等方面總結歸納了國內外抗震加固節點設計的研究現狀和成果。

【關鍵詞】鋼筋混凝土；梁柱節點；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

框架節點是指框架梁柱相交的節點核心區與鄰近核心區的梁端和柱端?？蚣芄濣c是結構傳力的樞紐，應具有足夠的強度和必要的延性 [1]。近年來，國內外經過大量的試驗研究，均表明框架節點是結構抗震的薄弱環節。我國是地震多發、也是地震災害最嚴重的國家之一，建筑結構損傷、破壞甚至倒塌是震害的主要表現之一。鋼筋混凝土框架結構又是我國工業和民用建筑的一種常用結構，因此為了保護廣大人民的人身財產安全，我們必須加強框架節點的設計，從而提高節點的抗震性能，保證建筑的安全性。

1. 抗震加固鋼筋混凝土節點的研究現狀

（1）國內外大地震的震害表明，梁柱節點是鋼筋混凝土結構抗震的一個薄弱環節。國際上自上世紀60年代起即進行研究和探索，我國自1976年唐山大地震后開始對鋼筋混凝土節點進行研究。雖然取得了一定的成果，但仍然存在許多問題。當前的建筑抗震加固技術規程僅僅對框架梁和框架柱抗震加固進行了規定，而對節點的抗震加固沒有明確規定，所以急需針對節點加固的相關指導文件 [2]。

（2）當前抗震加固梁柱節點方法主要有纖維增強復合材料加固、混凝土套加固法和鋼構套加固等 [3]。

2. 影響鋼筋混凝土框架節點抗震性能的因素

（1）軸壓比，一般認為軸壓比不大于0.8時，有利于節點抗剪，提高節點延性，減輕節點破壞程度 [4]；

（2）水平箍筋，在框架節點內配置水平封閉箍筋，一方面對框架節點核芯區混凝土產生有利約束，增強傳遞軸向荷載的能力，另一方面承擔部分水平剪力，提高框架節點的抗剪承載力；

（3）柱縱向鋼筋，合理布置柱縱向鋼筋可以在一定程度上提高框架節點抗剪承載力，但增加柱縱向鋼筋不像增加水平箍筋那樣效果顯著；

（4）直交梁，垂直于框架平面與節點相交的直交梁對框架節點核芯區混凝土具有約束作用，從而提高框架節點的抗剪承載力。

（5）垂直鋼筋，在水平反復荷載作用下，框架節點核芯混凝土出現交叉斜裂縫后，剪力的傳遞由斜壓桿作用過渡到水平箍筋承擔水平分力、柱縱向鋼筋承擔豎向分力以及平行于斜裂縫的混凝土骨料咬合力所構成的桁架抗剪機制，設置豎向箍筋可承擔框架節點剪力的豎向分量，減少混凝土的負擔，從而提高框架節點的抗剪承載力，但施工不便 [5]；

（6）偏心影響，對比與無偏心框架節點，偏心框架節點抗剪承載力明顯下降；

（7）預應力作用，對鋼筋混凝土框架節點施加預應力，可使框架節點核芯區混凝土增加約束，處于雙向受力狀態，從而提高框架節點的抗剪承載力；

（8）反復荷載，在反復荷載作用下，材料強度和構件強度降低，粘結錨固性能退化，剪切變形加大，隨著梁端變形的逐步增加，框架節點核芯區抗剪承載力相應逐漸衰減。

（9）樓板，樓板對節點核心區具有約束作用，同時能提高梁的抗彎能力。

3. 節點的破壞形式和失效方式

3.1常見的節點破壞形式。

常見的破壞形式有梁端受彎破壞、柱端壓彎破壞、粘結錨固破壞和核心區剪切破壞。節點破壞形式主要是粘結錨固破壞、核心區剪切破壞和兩種破壞同時發生的節點損壞。

3.2節點失效方式。

（1）梁端和柱端受拉鋼筋屈服前，節點發生剪切失效或剪切破壞；

（2） 在梁端和柱端受拉鋼筋屈服到喪失正截面承載力（受壓區混凝土被壓碎） 之前，隨著框架組合體交替變形逐步增大節點發生剪切失效或剪切破壞；

（3）在梁端和柱端受拉鋼筋屈服后，隨著框架組合體交替變形逐步增大，梁端或柱端塑性鉸充分轉動，直

至梁端或柱端喪失正截面承載力 [6]。

4. 鋼筋混凝土結構的抗震加固原則

（1）要以結構的抗震鑒定結果為基礎，抗震鑒定是通過檢查現有建筑的設計、施工質量和現狀，按規定的設防要求，對結構在地震作用下的安全性進行評估，針對具體的鑒定結果，進行有效的加固；endprint

（2）要對結構現狀進行深入調查特別查明結構是否具有局部損傷，對于局部損傷應進行專門研究；

（3）要重點考慮結構總體抗震能力和變形能力的綜合協調，抗震加固是整體加固，應首先考慮結構的整體性；

（4）要針對結構實際情況，采取不同的方案，如主要提高框架抗震承載能力、主要增強框架變形能力或改變結構體系而不加固框架等方案；

（5）加固后的樓層綜合抗震能力不應小于1.0；且不宜超過下一樓層綜合抗震能力的20%，超過時，應同時增強下一層的綜合抗震能力 [7]；

（6）加固后的框架應避免形成短柱、短梁或強梁弱柱；

（7）加固方案的選擇要避免原結構的薄弱層發生轉移，如果發生轉移，應對新的薄弱層進行處理；

（8）增設墻體、支撐等構件時，要注意結構體系的變化，結構內力的重分布和可能出現的局部應力集中；

（9）應以結構的安全性為重點，同時考慮到結構適用和美觀；

（10）應考慮到經濟性和方便施工。

5. 鋼筋混凝土結構的抗震加固技術

當前抗震加固梁柱節點方法主要有纖維增強復合材料加固、混凝土套加固法和鋼構套加固等。

5.1纖維增強復合材料加固法。

（1）近年來，一種運用纖維增強復合材料的新方法被廣泛應用。與傳統加固技術相比，纖維增強復合材料具有重量輕，易于建造和強度高的優點。用碳纖維增強復合材料加固的梁柱節點會提高它們結構的剛度，強度和能量耗散能力。

（2）我國的研究人員也通過試驗發現應用碳纖維布加固的節點，在相同的加載等級下其核心區的剪切變形較參照節點有較大幅度的降低，破壞截面由節點核心區轉移至節點梁端，破壞模式轉變為具有延性特征的節點梁端彎曲破壞，承載能力顯著提高。這表明，試驗中所采用的碳纖維布抗震加固混凝土框架節點方法是完全可行的 [8]。

5.2混凝土套加固法（混凝土套加固梁板柱節點見圖1）。

通過大量的試驗，研究人員發現用混凝土套加固后的試件抗震性能得到了顯著提高，破壞形態可以從不加固時的脆性破壞轉變為梁上出塑性鉸的延性破壞，耗能能力和剛度退化都得到了明顯的改善 [9]。

5.3鋼構套加固法（波紋鋼板套加固節點見圖2）。

波紋鋼板套可以比較有效地側向約束內部的混凝土，使節點的延性和強度顯著提高，由于波紋鋼板套的約束作用限制了縱向鋼筋的屈曲和鋼筋與混凝土之間的粘結破壞，使得節點原本的脆性破壞得以改善，節點延性得以提高。

6. 抗震加固鋼筋混凝土節點的發展趨勢

隨著社會的不斷發展，科技水平不斷提高，人們的觀念也有很了很大進步，因此對加固的方法也有了更高的要求。僅僅滿足安全性的加固方法已無法滿足現在的需求，為了解決這一問題，就需要開發既滿足安全要求、使用要求，又要滿足美觀要求的先進的加固方法。特別是隨著耗能減震加固技術的發展，通過安裝耗能減震器加固結構，使節點核心區的剪力減少來滿足抗剪承載力的要求，必將是今后的發展趨勢。

7. 結束語

抗震加固鋼筋混凝土節點的研究，具有十分重要的現實意義，它將很好的提高建筑的抗震性能，保證結構的安全性。雖然現有的研究成果還很不完善，不能滿足實際工程的需要，但隨著人們對抗震加固鋼筋混凝土節點問題研究的不斷深入，取得的成果將越來越多，這將得到很好的解決的。

參考文獻

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