鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震性能研究進(jìn)展

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1、http://www.paper.edu.cn1鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)抗震性能研究進(jìn)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(diǎn)和底層柱等部位。但是，在目前國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)規(guī)范中，沒(méi)有對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能進(jìn)行明確的量化規(guī)定。本文通過(guò)國(guó)內(nèi)外框架節(jié)點(diǎn)的震害實(shí)例及節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究成果，總結(jié)了影響節(jié)點(diǎn)抗震性能的主要因素；對(duì)比分析了現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算理論、設(shè)計(jì)方法及節(jié)點(diǎn)變形計(jì)算方法；給出了鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)計(jì)算理論的最新進(jìn)展。最后，提出了現(xiàn)階段節(jié)點(diǎn)抗震研究需要解決的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。關(guān)鍵詞：節(jié)點(diǎn)；塑性鉸；抗震；鋼筋混凝土框架中圖分類號(hào)：TU352文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A1

2、.概述目前，在國(guó)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(duì)優(yōu)越、建筑空間靈活、性價(jià)比較高而得到廣泛應(yīng)用。但是，在近幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外地震中，框架結(jié)構(gòu)破壞現(xiàn)象仍屢有發(fā)生，見(jiàn)表1。表1.近幾十年來(lái)國(guó)內(nèi)外地震中框架結(jié)構(gòu)典型震害時(shí)間/地點(diǎn)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(dá)50cm，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝1971年/美國(guó)洛杉機(jī)[1]土保護(hù)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。現(xiàn)澆框架的震害多集中在柱子和1976年/唐山[2]節(jié)點(diǎn)區(qū)，裝配式框架的震害多發(fā)生在梁柱節(jié)點(diǎn)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(diǎn)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(wú)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(diǎn)混凝土保護(hù)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(diǎn)處節(jié)點(diǎn)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(diǎn)核心混2005年/臺(tái)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(diǎn)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(diǎn)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(lái)看，節(jié)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)破壞的核心部位，它關(guān)系到整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全性和

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

5、行了邊柱節(jié)點(diǎn)低周往復(fù)加載實(shí)驗(yàn)。探討柱縱筋和水平箍筋對(duì)節(jié)點(diǎn)抗剪強(qiáng)度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：按照能抵抗節(jié)點(diǎn)全部剪力配置水平箍筋的試件，在試件破壞時(shí)箍筋拉應(yīng)變只達(dá)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(shí)驗(yàn)說(shuō)明按照節(jié)點(diǎn)全部剪力配置水平箍筋會(huì)造成浪費(fèi)，節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的實(shí)驗(yàn)及同年Hayashi等做的中柱節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)研究表明節(jié)點(diǎn)箍筋的連接性能不僅與錨固長(zhǎng)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(guò)邊柱節(jié)點(diǎn)的多組單調(diào)加載實(shí)驗(yàn)得出：①在沒(méi)有配置箍筋的試件中，縱筋錨固長(zhǎng)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(diǎn)核心區(qū)箍筋全部屈服；③增加梁的縱筋可以提高節(jié)點(diǎn)抗剪強(qiáng)度；④如果垂直鋼筋的錨固長(zhǎng)度大于26d并且量的縱筋彎曲長(zhǎng)度大于8d，講進(jìn)一步提高[11]節(jié)點(diǎn)抗剪強(qiáng)度。2004年，美國(guó)Sadjadi和ianoush進(jìn)行了7組邊柱節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，得出：節(jié)點(diǎn)配箍量是影響節(jié)點(diǎn)[12]的抗彎和抗剪承載力的重要因素。2005年，美國(guó)Ghobarah和El-Amoury進(jìn)行了12組足尺的邊柱節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)。研究樓板和直交梁對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能的影響。直交梁是指垂直于框架平面

7、與節(jié)點(diǎn)相交的框架梁。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：①梁柱抗彎強(qiáng)度比是確定塑性鉸位置很重要的一個(gè)因素：對(duì)于不帶樓板和直交梁的節(jié)點(diǎn)，柱與梁的抗彎強(qiáng)度之比不應(yīng)小于1.4；對(duì)于帶樓板和直交梁的節(jié)點(diǎn)，其抗彎強(qiáng)度之比不應(yīng)小于1.2。②節(jié)點(diǎn)內(nèi)的箍筋承擔(dān)著節(jié)點(diǎn)剪力并約束混凝土。增加箍筋數(shù)量會(huì)明顯改善試件的性能，使塑性鉸在節(jié)點(diǎn)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(diǎn)內(nèi)[13]增加箍筋的作用不像桿式試件那樣明顯。我國(guó)自1976年唐山地震以后，同濟(jì)大學(xué)、西安