RC框架結構梁柱節(jié)點核心區(qū)的受力機理及施工缺陷的特點

郎亞超

摘 要 本文通過對現(xiàn)有RC框架結構梁柱節(jié)點核心區(qū)受力機理及節(jié)點破壞方式進行梳理和總結，為節(jié)點力學性能的分析提供理論依據(jù)和實際工程中研究節(jié)點施工缺陷的影響提供參考。

關鍵詞 施工缺陷 RC框架結構 梁柱節(jié)點

中圖分類號：TU318 文獻標識碼：A

0前言

鋼筋混凝土框架結構具有空間布置自由、工程造價經(jīng)濟合理的特點，是我國建筑工程中使用最為廣泛的結構形式之一。本文對國內(nèi)外多次地震災害進行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)鋼筋混凝土框架結構的地震損傷有很多產(chǎn)生于框架梁柱節(jié)點區(qū)域，梁柱節(jié)點處的損傷是鋼筋混凝土框架結構發(fā)生震害的主要表現(xiàn)之一，該部位一旦遭遇嚴重破壞將直接導致整個建筑物的破壞甚至倒塌。

1梁柱節(jié)點核心區(qū)的等效斜壓桿機理

等效斜壓桿機理是指當梁、柱端部彎矩較大時，節(jié)點核心區(qū)所受剪力直接由核心區(qū)混凝土來承擔，并在核心區(qū)混凝土中形成了斜壓力場，試驗證明在節(jié)點核心區(qū)混凝土開裂之前，大致沿核心區(qū)對角線方向，混凝土壓應變值幾乎是相等的，兩個受壓角的連線上會形成一根混凝土受壓桿。在節(jié)點核心區(qū)出現(xiàn)剪切斜裂縫之后，裂縫之間的混凝土實體就形成了斜壓桿。因此，核心區(qū)的混凝土可以簡化成一個等效的斜壓桿。

2梁柱節(jié)點核心區(qū)的桁架機理

貫穿節(jié)點的梁柱一端的拉力和另一端的壓力將通過貫穿段的粘結效應傳入其周圍的混凝土，在分別抵消了相應的梁、柱截面剪力之后，以邊緣剪力形式傳入核心區(qū)，并在核心區(qū)形成剪應力場，所謂“桁架機理”即是由核心區(qū)的剪應力場與斜壓桿機理的壓應力場組成。

3梁柱節(jié)點核心區(qū)的破壞方式

結合以往根據(jù)對國內(nèi)外地震災害調(diào)查分析和試驗研究，可以將梁柱節(jié)點核心區(qū)的破壞形式劃分為以下幾種類型：

3.1斜拉破壞型節(jié)點

斜拉破壞型節(jié)點是由于當核心區(qū)受較大剪力作用，同時節(jié)點內(nèi)箍筋設置不足。此時，節(jié)點“桁架機構”承受很大的主拉應力。破壞特征：節(jié)點區(qū)域的箍筋承受較大的拉應力，節(jié)點區(qū)裂縫數(shù)量少、寬度大。

3.2斜壓破壞型節(jié)點

斜壓破壞型節(jié)點是由于節(jié)點內(nèi)配箍量比較大，同時梁柱通過節(jié)點區(qū)域的縱筋數(shù)目較多，節(jié)點區(qū)域受到較大的剪力作用。破壞特征：節(jié)點區(qū)域內(nèi)的混凝土被壓碎，同時節(jié)點區(qū)域內(nèi)的箍筋未達到屈服。

3.3斜拉破壞與斜壓破壞復合型節(jié)點

斜拉破壞與斜壓破壞復合型節(jié)點是由于節(jié)點區(qū)域在配箍量不高的情況下承受了較大的剪力。當與節(jié)點區(qū)域連接的梁端或柱端的縱向鋼筋受拉達到屈服時，節(jié)點內(nèi)部的箍筋承受較大的拉應力。特征破壞：節(jié)點區(qū)域的混凝土被相互交叉的斜裂縫分割，在核節(jié)點區(qū)破壞加劇的情況下，核心區(qū)箍筋的拉應力有所下降。

4梁柱節(jié)點施工缺陷的成因、類型、特點及一般處理方法

采用整體沉梁時，節(jié)點區(qū)下部箍筋無法綁扎，致使在施工中，該梁柱節(jié)點部位不放或少放柱箍筋，留下了工程隱患。

在實際施工過程中，由于施工縫留置和處理未達到規(guī)范要求而在澆筑節(jié)點區(qū)域的混凝土時，柱頭施工縫附近區(qū)域浮漿較多。這將嚴重影響柱頭部位混凝土層的強度，導致新舊混凝土未能很好的結合成一體。

節(jié)點區(qū)域密集的鋼筋分布使得澆筑時混凝土無法順利下落，在下料、澆筑及振搗過程中易出現(xiàn)振搗不實及漏漿、澆筑量不足等施工質(zhì)量問題。造成梁柱節(jié)點區(qū)域混凝土出現(xiàn)蜂窩麻面現(xiàn)象，甚至存在空洞。

目前工程界針對不同類型、不同嚴重程度的框架結構梁柱節(jié)點施工缺陷，有著如下這些加固處理方案：

（1）增大截面法：主要通過加大柱截面尺寸同時在擴大的新增混凝土部分設置箍筋以加強節(jié)點核心區(qū)的承載力。造價低但施工過程較為復雜，施工周期較長，增加了節(jié)點的體積和結構的自重。

（2）粘鋼加固法：應用特殊的結構膠在有缺陷的節(jié)點表面粘貼鋼板或者角鋼，粘貼的鋼板和角鋼在為節(jié)點核心區(qū)提供自身承載力的同時對節(jié)點內(nèi)的混凝土起到了約束作用。施工簡便，工期短，基本上不改變原結構的幾何外形。

（3）碳纖維加固法：在有缺陷的梁柱節(jié)點表面粘貼碳纖維材料，可以利用碳纖維布自身的抗拉能力對核心區(qū)混凝土進行約束，從而提高其承載能力。施工方便，材料剛重比高、強度大，可靠度高，抗腐蝕性和耐久性好。

（4）外包型鋼加固法：使用型鋼包裹在節(jié)點區(qū)混凝土的表面，通過水泥漿灌縫或者鋼板之間的焊接進行固定和連接。但是型鋼與節(jié)點區(qū)域混凝土無有效連接，加固后的構件協(xié)同性能較差，鋼材的性能得不到充分的發(fā)揮，從而造成嚴重的浪費。

（5）灌縫法：將環(huán)氧樹脂膠等材料填充進入核心區(qū)的裂縫內(nèi)。該方法能夠帶來節(jié)點核心區(qū)延性及抗震性能的提升，但對于核心區(qū)承載力的提高并不明顯。

5結論

對現(xiàn)有RC框架結構梁柱節(jié)點核心區(qū)受力機理進行梳理和總結，介紹和對比了節(jié)點核心區(qū)的等效斜壓桿機理和桁架機理的機構傳力特點，歸納了RC框架結構梁柱節(jié)點的三種破壞方式，即斜拉破壞、斜壓破壞和復合型破壞。此外，本文從成因、類型及特點幾個方面總結了現(xiàn)階段施工過程中存在的節(jié)點施工缺陷，介紹了增大截面法、外包鋼加固法、碳纖維加固法等常用的節(jié)點加固處理措施。

參考文獻

[1] 江衛(wèi)國.鋼筋混凝土梁-柱-節(jié)點組合件碳纖維加固的試驗研究[D].南京：東南大學，2004.

[2] 江傳良.碳纖維布加固鋼筋混凝土框架節(jié)點的試驗研究[D].廣州：廣州大學，2006.

[3] 黃彩萍.鋼筋混凝土框架外節(jié)點的受力分析[D].武漢：華中科技大學，2013.

[4] 宋孟超.鋼筋混凝土梁柱節(jié)點核心區(qū)模型化方法研究[D].重慶：重慶大學，2009.