影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的因素

科技信息　０建筑与工程ｏ　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　２０１１年第３期　影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的因素　类伟锋　ｆ山东泰翔钢结构工程有限公司　山东　淄博近年来．随着抗震理论的深入发展，在钢筋混凝土框架结构的延　２５５０８６）　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　性设计上．“强剪弱弯，弱梁强柱，更强节点”已经成为工程界的共识。　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　这种“能力设计”的思路确保钢筋混凝土结构在地震作用下。依次在梁　剪力，提高框架节点的抗剪承载力。试验表明，配箍适当的框架节点核　端和柱端出现塑性铰，通过塑性耗能机构避免在较强的地震作用下结　芯区出现贯通裂缝后，混凝土承担的剪力继续增加．箍筋全部屈服，混　构产生严重损伤和在更强地震作用下发生危及生命安全的局部或整　凝土与箍筋同时充分发挥作用，使节点核芯区受剪承载力在破坏时达　体失效。而钢筋混凝土框架节点在结构达到预计的最不利非弹性反应　到最大。对于配箍较高的节点，当节点核芯区产生贯通斜裂缝时，混凝　之前不应出现剪切失效。　土抗剪承载力达极值，但箍筋应力还很低，混凝土破坏先于箍筋屈服，　钢筋混凝土框架结构的延性是反映结构在荷载作用下．进入非线　使得节点核芯区的抗剪承载力达不到预期的最大值，箍筋不能充分发　性状态后在承载力没有显著降低情况下的变形能力。对于延性大的结　挥作用。　构，其产生的塑性变形也大．但永久变形太大，结构可能在重力作用下　１．６竖向箍筋　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　引起坍塌，也可能使结构的损坏部位不可修复。　钢筋混凝土框架节点的受力机理指通过合理的计算假定模式，　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　描述由梁、板、柱传来的内力（Ｍ、Ｎ、Ｖ、Ｔ）在框架节点核芯区的传递和　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　由此产生的各种破坏型式。日前比较流行的有三种理论：斜压杆机理、　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　剪摩擦机理、桁架机理。这三种框架节点的受力机理，应用于各种不同　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。　的破坏型式和设计规范中。新西兰的框架节点设计以斜压杆和桁架机　１．７柱纵向钢筋　理共同作用为依据，美国则以梁剪机理和斜压杆机理为主。而我国《建　柱纵向钢筋通常按抗弯要求设置，沿柱截面的高度方向，按构造　筑抗震设计规范》（ＧＢ５００１１—２００１）中用于抗震框架节点设计的主要　规定也相应配置一定数量的纵向钢筋。这些纵筋与水平箍筋联合对框　计算公式是用来确定节点水平箍筋用量的“框架节点核芯区抗震受剪　架节点核芯区混凝土形成双向约束。因此，合理布置柱纵向钢筋对提　承载力计算公式”，并未全面考虑到影响钢筋混凝土框架节点抗震性　高框架节点抗剪承载力有一定贡献，但增加柱纵向钢筋不像增加水平　箍筋那样能显著地提高框架节点的抗剪承载力。　能的各种因素，值得进一步探讨研究。　１　影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的因素　１．８直交梁　国内外的实际震害与试验研究表明．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　１．１材料强度　混凝土强度直接影响框架节点抗剪承载力，对于承受一定荷载的　的抗剪承载力。但是．如果斜向地震的双轴效应使两个方向梁的纵筋　框架节点，混凝土强度越高，则梁、柱的截面尺寸越小，框架节点核芯　都屈服，则降低了直交梁对节点的约束作用。对于仅一侧有直交梁的　　区混凝土的承剪截面也相应减小，在一定配箍率下，对其抗震性能反　框架节点，抗剪性能并未改善框架节点的抗剪承载力。１．９楼板　而不利。　框架节点四周的楼板对节点核芯区具有约束作用．与梁轴平行的　我国《混凝土结构设计规范》（ＧＢ５００１０－－２００２）提倡使用ＨＲＢ４００　级钢筋，钢筋强度虽然大于ＨＲＢ３３５级钢筋，在相同的设计条件下，用　楼板钢筋与梁上部受力钢筋协同工作。如果考虑楼板作为梁翼缘在受　　钢量相对减少，但是钢筋表面与周边的混凝土粘结锚固能力下降，在　弯过程中发挥的作用．则应相应地提高节点的剪力计算值。１．１Ｏ预应力作用　框架节点的高粘结应力区，钢筋和混凝土的共同作用相对较差，钢筋　易滑移。　１－２节点型式　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。但通　对于一榀平面框架，按框架节点所在位置，节点主要有四种基本　过框架节点核芯区的无粘结预应力筋，削弱核芯区混凝土的面积，降　　型式：顶层边柱节点（ｒ型）、顶层中柱节点（Ｔ型）、中间层边柱节点　低框架节点的抗剪承载力。因此，对于无粘结预应力混凝土框架节点，（卜型）和中间层中柱节点（＋型）。对于广型节点，梁、柱的纵筋均需在　可将预应力作用对框架节点的抗剪承载力的提高作为结构的安全度　　框架节点核　区内锚固，节点核芯区受力较复杂，易产生破坏。对于Ｔ　储备。１１偏心影响　型节点，梁的纵筋可直通锚固，水平荷载作用下．柱抗弯承载力弱于　１．在高层建筑设计中，为了使建筑立面产生与外墙或柱面齐平的效　梁，柱端易产生塑性铰。对于卜型节点，柱抗弯承载力较大．“强柱弱　梁”比较容易满足，但梁筋的锚固相对薄弱，梁筋易发生粘结滑移，角　果或产生凹凸错落的效果，经常要求梁、柱中心线错开．甚至要求梁侧　柱节点受力最为不利。对于＋型节点，强震作用下，框架节点两侧梁端　面与柱侧面重合，出现大量的大偏心框架节点，这时框架节点受到附　可能均达到屈服，框架节点核芯区受到很大的剪力，容易发生核芯区　加扭矩之类的次内力作用，剪力在节点内的传递比较复杂。通过实际　震害和试验研究可以发现，与无偏心框架节点相比，偏心框架节点抗　剪切破坏　剪承载力明显下降。　试验研究表明，在一定范围内轴向压力可提高框架节点核芯区混　１．１２异形柱节点　Ｔ型柱框架节点的抗剪承载力较低，框架节点在梁一屈服后马上　凝土的抗剪承载力。由于柱轴向压力的作用，在框架节点核芯区混凝　进入通裂状态。当梁宽大于柱腹板宽度时．处于柱腹板外的梁纵筋在　土开裂以前，柱截面受压区面积加大，斜压杆作用加强。当混凝土出现　１．３轴压比　裂缝时，混凝土块体间产生咬合力。随着轴压比的增大，抗剪承载力相　节点处锚固较差。　１３反复荷载　应增大，但当轴压比超过某一ｌ　界值时．框架节点受压区混凝土产生　１．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。由于框架节点内剪应力方向交替变化，核芯区斜向　１．４剪压比　为了防止框架节点核芯区出现斜拉破坏或斜压破坏　必须控制剪　裂缝的张开与闭合交替产生，导致框架节点核芯区抗剪承载力和剪切　　压比，即限制配箍率，避免框架节点核芯区混凝土的破坏先于箍筋的　刚度降低。框架节点两侧的梁纵向钢筋可能产生一侧受拉达到屈服，另一侧受压达到屈服，产生很高的粘结应力．使钢筋滑移。发生粘结破　屈服。　微裂缝，使混凝土压碎，抗剪承载力反而下降。　１．５水平箍筋　坏。随着梁端变形的逐步增加，框架节点核芯区抗剪（下转第３２６页）　３３５　２０１１年第３期　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ｏ建筑与工程０　科技信息　水泥标号不宜低于４２５号。在普通条件下不受侵蚀性介质和冻融　（２）施工方面　作用下，宜采用火山灰质硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐　１）模板选用：对外露面积较大的混凝土墙体、气温变化剧烈的季　水泥。在掺人适当品种外加剂的情况下，也可以采用矿渣硅酸盐水泥。　节以及冬季不宜使用钢模板。选用木模时，应充分湿润．以利保湿和散　在受冻融作用的条件下，可采用火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐　热。　水泥。对地方性小厂生产的水泥应慎重使用，必须经试验其性能指标　２）严格控制混凝土施工质量，尽量降低不均匀性。除控制混凝土　合格后，方可采用。经过调查最后选用华新堡垒Ｐｏ４２．５水泥。　制备和运输中的质量外，还要注意混凝土浇筑时防止离析，振捣密实　（２）砂石　以免墙内出现薄弱面而产生裂缝。　除应符合国家有关规定外，石子最大粒径不宜大于４０ｍｍ，所含泥　３）根据测温记录和气象预报确定拆模时间，保证混凝土内外温差　土不得呈块状或包裹石子表面，石子的吸水率不大于ｌ５％。砂需采用　不超过２５℃，温度陡降不超过１０℃拆模后应注意覆盖和及时养护。　洁净、级配良好的河砂、山砂、海砂，且各种技术指标必须符合国标要　４）浇水养护。应保持混凝土。　求。砂采用当地大宁河砂，级配良好细度模数为２．７３；石选用骡坪鑫源　开采的５—３１．５碎石　４结论　（３）水　因为在设计及施工过程中，设计人员和施工人员的技术都存在一　应采用不含有害物质的洁净水，要求水中不含有影响水泥正常硬　定的差异，现场施工人员的麻痹大意和懒散。没有充分的时间投入到　化的有害物质，如油脂、糖类等。对于野外施工作业，无自来水供应，就　施工现场中，再者现场职工大都来自外地人员，技术差异较大，例如在　地取水而又无法确定是否洁净的水，应对水源进行化验对于ＰＨ值小　砌墙中砂浆饱满度不够（小于８Ｏ％）　洞！ｚｌ处理不当．砂浆配合比不均　于４的酸性水和ＰＨ值大于９的碱性水，硫酸盐含量（按Ｓ０４）超过水　匀，造成各种裂缝等等都有可能造成渗漏。因此只要在设计中、施工过　量１％的水，以及海水、污水、工业废水等，均不得使用。选用地下水。　程中或者在施工准备中注意一些细部环节，提高相关人员的自身素　（４）防水剂　质，采用接科学合理的施工工艺，提高职工的技术水准，在各个方面都　选用湖南金陆外加剂有限责任公司生产的ＡＣ一９复合型防水剂，　考虑周到、细致、措施合理、到位。实践证明，只要认真对待，房屋渗漏　掺量为１．５—３％。　是完全可以避免。　３．２．２选择合适的防水混凝土品种　（１）外加剂防水混凝土　【参考文献】　外加剂防水混凝土是指甩掺入适量外加剂的方法，来改善混凝土　［１］史明俊虚假会计信息的成因及对策ｍ．财会研究，２００２，８．　的内部组织结构，以增加密实性。提供抗渗性的混凝土。目前应用较成　［２］刘冬梅．对会计人员职业道德的思考．商业研究，２００５，６．　熟的工艺主要有加减水剂、加气剂、三乙醇胺、氯化铁、膨胀剂等。外加　［３］葛家澍坤国会计学会、中国特色的会计理论与方法专题：关于我国会计准则　剂主要是以吸附、分散、引气催化或与水泥的某种成分发生反应等物　和会计制度的制定问题『Ａ１．北京：中国财政经济出版社，２００１．　理、化学作用，使混凝土得到改性。不同的外加剂。其性能作用各异，选　［４］陈信元，等．我国会计信息环境的初步分析．会计研究，２０００，８．　用外加剂应根据工程结构和施工工艺等对混凝土的具体要求，做经济　效益分析，选择技术经济合理的外加剂方案。　［责任编辑：常鹏飞］　ｆ上接第３１３页】大多数的体育项目都需要集体的力量来通力完　验，向来都是体育运动的特点。体育是进行磨难教育的最佳方式，也是　成，这也是体育的魅力所在。比如学生非常喜欢的ＮＢＡ，说起这项运　很容易为青少年所接受的方式。在学生最喜欢的体育课中进行吃苦精　动，学生能如数家珍般的向你娓娓道来。中学生的可塑性还比较强，世　神教育，对于当前的中学生教育教学，势在必行。　界观尚处萌芽阶段，在其最喜欢的体育课中进行集体观念的教育，能　起到非常大的作用。如在篮球教学中，就需要学生的集体合作，通过集　４结论　体的力量完成比赛。这就能养成学生自觉遵守个人服从集体的原则，　道德素质教育，是学校教育的核心思想，是塑造社会主义合格人　进而培养集体主义观念。　才的中心。在体育教学中进行道德素质教育，是为培养２１世纪时代发　３．４．３体育教学中的吃苦精神教育　从表２看出．中学生最喜欢的职业是公务员、教师和科学家，其中　展需要的、能适应现代社会盛步的合格人才，这对我们体育工作者来　说，任务艰巨，任重而道远。　公务员的比例高达８９．８％，这从侧面反映当前中学生吃苦耐劳的精神　很是欠缺。再看看我们一些学校的门口，每天上下学的时候都被私家　【参考文献】　小车堵得动弹不得，过去高中生、初中生骑车上学的比例也是急剧下　［１］任莲香关于我国体育发展战略的几点凰考［Ｍ］．甘肃社会科学，１９９９，１．　落。因为怕苦而缺少锻炼，这也是近年来我国年青一代健康状况不断　［２］尚大光，曲宗湖．素质教育与学校体育模式［Ｍ】．北京体育大学出版社　下降的因素之一。这不能不引起我们教育工作者的担忧。　２００１，１１．　高品位的心理素质．吃苦耐劳的精神．已成为最具竞争力的人才　［３］２００５年江苏省学生体质与健康调研结果的报告叨．２００６年．　资源要素。培养２ｌ世纪合格的中学生，能适应现代社会需要的人才，　就是要培养身心健康，具有吃苦耐劳的精神。拼搏、吃苦，对意志的考　［责任编辑：张慧］　Ｉ上接第３３５页）承载力相应逐渐衰减。　２结论　１．１４斜向地震的双轴效应　当地震作用方向与建筑物主轴方向不一致时，可能使两个方向的　通过以上对影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的各种因素的讨　梁都达到屈服，这时作用于节点对角斜面上的水平剪力约为其中一个　论。在钢筋混凝土框架节点的设计上，综合“概念设计”和“构造措施”，　方向的２倍，然而斜裂缝遇到的箍筋与一个方向受剪时遇到的箍筋数　确保结构设计安全经济。　目仍然相同。如果这些水平箍筋与柱截面各边平行，则钢筋的斜向分　力仅仅是单向受剪时可抵抗剪力的１／２。对于双向对称的框架，双向受　【参考文献】　剪所需要的剪力钢筋约为单向受剪所需剪力钢筋的２倍。因此，斜向　【１］唐九如．钢筋混凝土框架节点抗震．东南大学出版社，１９８９．　［２］ＧＢ５００１１－２００１建筑抗震设计规范．中国建筑工业出版社，２００１．　地震作用下，框架节点的强度和刚度迅速降低，梁筋较早出现粘结滑　［３］ＧＢ５００１０—２００２混凝土结构设计规范冲国建筑工业出版社，２００２．　移破坏。　［责任编辑：常鹏飞］