鋼筋混凝土框架節(jié)點抗震性能研究進展

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1、http://www.paper.edu.cn1鋼筋混凝土框架節(jié)點抗震性能研究進展于潔，陳玲俐上海大學(xué)土木工程系，上海（200072）摘要：歷次震害表明：在框架結(jié)構(gòu)中，破壞多集中在節(jié)點和底層柱等部位。但是，在目前國內(nèi)外設(shè)計規(guī)范中，沒有對節(jié)點抗震性能進行明確的量化規(guī)定。本文通過國內(nèi)外框架節(jié)點的震害實例及節(jié)點實驗研究成果，總結(jié)了影響節(jié)點抗震性能的主要因素；對比分析了現(xiàn)有節(jié)點設(shè)計計算理論、設(shè)計方法及節(jié)點變形計算方法；給出了鋼筋混凝土框架節(jié)點計算理論的最新進展。最后，提出了現(xiàn)階段節(jié)點抗震研究需要解決的幾個關(guān)鍵問題。關(guān)鍵詞：節(jié)點；塑性鉸；抗震；鋼筋混凝土框架中圖分類號：TU352文獻標(biāo)識碼：A1

2、.概述目前，在國內(nèi)外多層建筑中混凝土框架結(jié)構(gòu)因其抗震性能相對優(yōu)越、建筑空間靈活、性價比較高而得到廣泛應(yīng)用。但是，在近幾十年來國內(nèi)外地震中，框架結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象仍屢有發(fā)生，見表1。表1.近幾十年來國內(nèi)外地震中框架結(jié)構(gòu)典型震害時間/地點結(jié)構(gòu)的主要破壞形式OliveView醫(yī)院主樓底層破壞嚴(yán)重，3.5m高的柱子傾斜達50cm，節(jié)點核心區(qū)混凝1971年/美國洛杉機[1]土保護層剝落鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)震害率低于其他結(jié)構(gòu)類型?，F(xiàn)澆框架的震害多集中在柱子和1976年/唐山[2]節(jié)點區(qū)，裝配式框架的震害多發(fā)生在梁柱節(jié)點核心處和預(yù)制構(gòu)件的連接處首都布加勒特斯市31幢框架結(jié)構(gòu)倒塌。破壞結(jié)構(gòu)中梁柱節(jié)點核心混凝土

3、剝落，柱1977年/羅馬尼亞筋外鼓；柱端混凝土破碎，柱筋壓曲；在無梁樓蓋的柱帽與柱子連接處混凝土破[3]壞脫落，柱筋壓曲呈燈籠狀；角柱節(jié)點混凝土保護層剝落[4][5]1995年/日本Kobe破壞主要集中在短柱及梁柱節(jié)點處節(jié)點和底層柱的破壞造成部分居民住宅倒塌。主要破壞現(xiàn)象有：梁柱節(jié)點核心混2005年/臺灣凝土剝落，柱筋外鼓，柱端混凝土破碎，柱筋壓曲，預(yù)制構(gòu)件連接處破壞嚴(yán)重。2005年/巴基斯坦結(jié)構(gòu)破壞集中在節(jié)點區(qū)和預(yù)制構(gòu)件連接處2008年/四川汶川縣部分框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點箍筋被拉直，柱子從每節(jié)箍筋處斷成幾截從歷次地震中的結(jié)構(gòu)破壞情況來看，節(jié)點是結(jié)構(gòu)破壞的核心部位，它關(guān)系到整個結(jié)構(gòu)的安全性和

4、穩(wěn)定性。在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中節(jié)點抗震是我們需要格外關(guān)注的環(huán)節(jié)。正如法國抗震設(shè)計規(guī)范(REGLES,PS,1969)所指出的：“節(jié)點在地震中，為框架最易受傷的部分；對結(jié)構(gòu)抗震來說，節(jié)點的研究比一般結(jié)構(gòu)具有更重要的意義”。2.框架節(jié)點的實驗研究早在20世紀(jì)60年代，美國、日本、新西蘭等國對梁柱節(jié)點的抗震性能進行了大量實驗研究，探索增加節(jié)點延性和抗震性能的有效構(gòu)造措施。實驗發(fā)現(xiàn)：提高節(jié)點水平箍筋配箍率能有效提高節(jié)點抗震性能。1本課題得到上海市科委重大基礎(chǔ)研究項目的資助（項目編號：04JC14035）。-1-http://www.paper.edu.cn1971年，新西蘭Megget和Park等進

5、行了邊柱節(jié)點低周往復(fù)加載實驗。探討柱縱筋和水平箍筋對節(jié)點抗剪強度的影響。實驗結(jié)果表明：按照能抵抗節(jié)點全部剪力配置水平箍筋的試件，在試件破壞時箍筋拉應(yīng)變只達到屈服應(yīng)變的1/2左右，核心區(qū)的裂縫很少；在此基礎(chǔ)上減少[8]50％的水平箍筋的試件也顯示了同樣良好的性能；兩組試件滯回曲線相似。該實驗說明按照節(jié)點全部剪力配置水平箍筋會造成浪費，節(jié)點區(qū)存在合理配箍區(qū)間。[9][10]1983年，日本wakabayshi等做的邊柱節(jié)點的實驗及同年Hayashi等做的中柱節(jié)點實驗研究表明節(jié)點箍筋的連接性能不僅與錨固長度有關(guān)而且與柱軸力有關(guān)。2002年，土耳其P.G.Bakir,H.M.Bodurog?l

6、u通過邊柱節(jié)點的多組單調(diào)加載實驗得出：①在沒有配置箍筋的試件中，縱筋錨固長度小于10d的試件發(fā)生錨固破壞；②在一定單調(diào)荷載下，配箍率小于0.55%的試件，節(jié)點核心區(qū)箍筋全部屈服；③增加梁的縱筋可以提高節(jié)點抗剪強度；④如果垂直鋼筋的錨固長度大于26d并且量的縱筋彎曲長度大于8d，講進一步提高[11]節(jié)點抗剪強度。2004年，美國Sadjadi和ianoush進行了7組邊柱節(jié)點實驗，得出：節(jié)點配箍量是影響節(jié)點[12]的抗彎和抗剪承載力的重要因素。2005年，美國Ghobarah和El-Amoury進行了12組足尺的邊柱節(jié)點實驗。研究樓板和直交梁對節(jié)點受力性能的影響。直交梁是指垂直于框架平面

7、與節(jié)點相交的框架梁。實驗發(fā)現(xiàn)：①梁柱抗彎強度比是確定塑性鉸位置很重要的一個因素：對于不帶樓板和直交梁的節(jié)點，柱與梁的抗彎強度之比不應(yīng)小于1.4；對于帶樓板和直交梁的節(jié)點，其抗彎強度之比不應(yīng)小于1.2。②節(jié)點內(nèi)的箍筋承擔(dān)著節(jié)點剪力并約束混凝土。增加箍筋數(shù)量會明顯改善試件的性能，使塑性鉸在節(jié)點外形成。③在有樓板和直交梁的試件里，由于直交梁的約束作用，使得在節(jié)點內(nèi)[13]增加箍筋的作用不像桿式試件那樣明顯。我國自1976年唐山地震以后，同濟大學(xué)、西安