鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)受力性能分析

關(guān)鍵詞：梁柱節(jié)點(diǎn) 受力分析 抗剪性能 鋼筋錨固 

　　1 節(jié)點(diǎn)的受力分析 

　　1.1 受力機(jī)構(gòu)分析 

　�。�1）斜壓桿機(jī)構(gòu)。第二種情況，受力后從梁和柱端部受壓區(qū)混凝土產(chǎn)生的壓應(yīng)力傳給節(jié)點(diǎn)形成節(jié)點(diǎn)的邊緣壓力，有相當(dāng)大的部分也會(huì)在節(jié)點(diǎn)中合成斜向壓力，經(jīng)由斜向核心區(qū)的混凝土來(lái)承擔(dān)，從而形成“斜壓桿機(jī)構(gòu)”。 

　　（2）剪摩擦機(jī)構(gòu)。水平箍筋受到的拉力達(dá)到其屈服強(qiáng)度時(shí)，核心區(qū)的混凝土沿對(duì)角線形成剪切裂縫，并將核心混凝土分成兩大塊。其中一部分剪力由箍筋來(lái)承擔(dān)，而一部分剪力由兩塊混凝土斜裂縫處的摩擦力抵消。 

　　（3）桁架機(jī)構(gòu)。在外荷載作用下，貫穿節(jié)點(diǎn)的梁柱鋼筋在端部受到拉、壓力聯(lián)合作用，把大部分的應(yīng)力通過(guò)鋼筋與混凝土的粘結(jié)效應(yīng)以周邊“剪力流”的形式進(jìn)入節(jié)點(diǎn)，從而使梁柱節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)處于純剪切狀態(tài)，而承受主拉應(yīng)力及主壓應(yīng)力。剪力場(chǎng)所產(chǎn)生的斜向主壓應(yīng)力全部由節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土來(lái)承擔(dān)，而核心混凝土由于斜向主拉應(yīng)力的作用沿斜向開(kāi)裂后，主拉應(yīng)力必定由節(jié)點(diǎn)的箍筋和節(jié)點(diǎn)的正面柱筋承擔(dān)，該結(jié)構(gòu)類(lèi)似鋼結(jié)構(gòu)的“桁架機(jī)構(gòu)”。 

　　1.2 節(jié)點(diǎn)的分類(lèi)及鋼筋錨固 

　　依據(jù)節(jié)點(diǎn)處梁和柱數(shù)目的不同，將框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)分為L(zhǎng)型、T型、十字形三類(lèi)，不同的類(lèi)型節(jié)點(diǎn)受力差異很大。但是所有節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)受力最為復(fù)雜，極其容易發(fā)生破壞，例如頂層的中柱是一個(gè)T型梁柱節(jié)點(diǎn)，中層梁柱則是十字型梁柱節(jié)點(diǎn)，建筑的邊柱存在著L型梁柱節(jié)點(diǎn)。具體分析如下： 

　　L型節(jié)點(diǎn)：梁柱的鋼筋全部錨固在核心區(qū)，加載受荷后節(jié)點(diǎn)將承受張開(kāi)或閉合的彎矩，使縱筋比較容易發(fā)生錨固破壞�？梢詫⒅�外側(cè)縱向鋼筋彎入梁內(nèi)作梁上部縱向受力鋼筋使用，亦可將梁上部縱向鋼筋和柱外側(cè)縱向鋼筋在頂層端節(jié)點(diǎn)及其附近部位搭接。接頭可沿頂層端節(jié)點(diǎn)外側(cè)及梁頂端布置，搭接長(zhǎng)度不小于1.5la，其中，伸入梁體內(nèi)部的外側(cè)縱向柱筋截面的面積不宜小于外側(cè)縱向柱筋全部截面面積的65%。 

　　T型節(jié)點(diǎn)：梁筋可以經(jīng)由直線連接的方式通過(guò)節(jié)點(diǎn)而不錨固，因?yàn)樵谒�平荷載的作用下柱的抗彎能力要弱于梁的抗彎能力，所以塑性鉸容易在柱端出現(xiàn)。而對(duì)于處于水平狀態(tài)的T型梁柱節(jié)點(diǎn)，比較容易實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁布置，但是其錨固卻非常難，在受荷以后容易出現(xiàn)梁筋與柱筋的滑移。在框架結(jié)構(gòu)的四角柱節(jié)點(diǎn)處，相交成直角的梁體將彎矩剪力傳遞過(guò)來(lái)，從而會(huì)出現(xiàn)角柱的雙向偏心受壓狀況。這時(shí)，當(dāng)柱截面高度不夠時(shí)，框架梁的上部縱向鋼筋可用直線方式伸入節(jié)點(diǎn)；當(dāng)柱截面高度不足以布置直線錨固長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)將梁上部縱向鋼筋伸至節(jié)點(diǎn)處并向下彎折�？蚣苤�的縱向受力鋼筋不宜在節(jié)點(diǎn)處中斷，柱縱筋接頭位置應(yīng)盡量選擇在層高中間等彎矩較小的區(qū)域。當(dāng)節(jié)點(diǎn)處梁截面高度足夠時(shí)，柱縱向鋼筋可用直線錨固，起長(zhǎng)度為la，同時(shí)必須伸至梁頂面，當(dāng)節(jié)點(diǎn)處梁截面高度小于柱縱筋錨固長(zhǎng)度la時(shí)，柱縱向鋼筋應(yīng)伸至梁頂面，然后向節(jié)點(diǎn)內(nèi)水平彎折。 

　　十字型節(jié)點(diǎn)：框架結(jié)構(gòu)中的十字型梁柱節(jié)點(diǎn)在四周梁體的約束下會(huì)產(chǎn)生約束力，因此比較安全；但是如果遇到較大的強(qiáng)烈地震作用，十字形節(jié)點(diǎn)兩側(cè)的梁在端部會(huì)受到非常大的剪切力，從而導(dǎo)致核心區(qū)混凝土的剪切破壞。因此，梁的上部鋼筋應(yīng)貫穿中間節(jié)點(diǎn)，該鋼筋自柱邊伸向跨中的截?cái)辔恢脩?yīng)根據(jù)梁端負(fù)彎矩確定，當(dāng)截面高度較大時(shí)，可采用直線錨固方式。

　　2 節(jié)點(diǎn)的破壞 

　　2.1 破壞分析 

　　節(jié)點(diǎn)的主要破壞形式是節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域剪切破壞和鋼筋錨固破壞。 

　　節(jié)點(diǎn)主要是受剪力和壓力的組合作用，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域未開(kāi)裂前，箍筋應(yīng)力很小，基本上是混凝土承受剪力，約當(dāng)剪力達(dá)到核心區(qū)域抗剪能力約60～70%時(shí)，混凝土?xí)�由于其脆性特征而突然產(chǎn)生對(duì)角方向的貫通裂縫，使節(jié)點(diǎn)的抗彎剛度大大降低，箍筋所受應(yīng)力突然增大，部分箍筋甚至屈服，此后斜裂縫增多增寬，箍筋陸續(xù)達(dá)到屈服。 

　　節(jié)點(diǎn)區(qū)的破壞與交于節(jié)點(diǎn)的梁、柱破壞順序有關(guān)，弱柱強(qiáng)梁型的破壞最嚴(yán)重。 

　　2.2 破壞類(lèi)型 

　�。�1）梁端受彎破壞。該類(lèi)破壞的基本特征表現(xiàn)為，梁體端部的受拉鋼筋屈服、混凝土壓碎并且保護(hù)層脫落。 

　�。�2）柱端壓彎破壞。該類(lèi)破壞的基本特征表現(xiàn)為，在彎區(qū)應(yīng)力和軸向應(yīng)力共同作用下，柱端混凝土壓碎、柱筋壓曲、箍筋被壓曲甚至繃斷，從而在柱端形成一個(gè)塑性鉸。 

　�。�3）粘結(jié)破壞錨固。該類(lèi)破壞的基本特征表現(xiàn)為，在荷載反復(fù)作用下由于鋼筋錨固長(zhǎng)度的不足，鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力無(wú)法提抗所受的拉力而發(fā)生破壞，出現(xiàn)鋼筋滑移或混凝土壓酥、梁筋拔出等現(xiàn)象，而此時(shí)鋼筋并未達(dá)到屈服強(qiáng)度。 

　�。�4）核心區(qū)域剪切破壞。該類(lèi)破壞的基本特征表現(xiàn)為，在水平作用力下，由于梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域的抗剪強(qiáng)度不足，出現(xiàn)斜向?qū)�角裂縫，嚴(yán)重時(shí)使混凝土壓碎成塊而脫落、箍筋出現(xiàn)外鼓甚至繃斷。 

　　3 節(jié)點(diǎn)的抗剪分析和提高抗剪的有效途徑 

　　3.1 節(jié)點(diǎn)的抗剪分析 

　　影響框架梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域抗剪承載力的因素很多，主要的因素是核心截面有效驗(yàn)算寬度及正交梁的約束系數(shù)，而這兩個(gè)系數(shù)均與梁柱載面的寬度比值有關(guān)。建筑的底部區(qū)域，由于框架柱載面面積較大，而采用的框架梁載面寬度相對(duì)較小時(shí)，這兩個(gè)系數(shù)的數(shù)值均較小，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪承載力可能存在不足。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)采取提高該系數(shù)的有效措施。 　　3.2 提高節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域抗剪的有效途徑 

　　提高框架梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪承載力的途徑很多（如提高節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土強(qiáng)度等級(jí)、加大節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋配箍率、增強(qiáng)框架梁對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的約束等），但最有效的還是加大框架梁對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)的約束，可直接加大框架梁的截面寬度或在框架梁的端部設(shè)置水平加腋（即在框架梁的寬度方向加腋）。 

　　（1）當(dāng)梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的實(shí)際抗剪承載力與規(guī)范要求相差不多，且框架梁截面寬度略小于1/2框架柱的截面寬度時(shí)，可結(jié)合工程實(shí)際情況適當(dāng)加大框架梁的截面寬度，以滿足規(guī)范對(duì)框架梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪承載力驗(yàn)算要求。 

　　（2）當(dāng)梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的實(shí)際抗剪承載力與規(guī)范要求相差較多，且框架梁截面寬度遠(yuǎn)小于1/2框架柱的截面寬度時(shí)，可結(jié)合工程實(shí)際情況，在框架梁端部設(shè)置水平加腋，以加大框架梁對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)的約束寬度，滿足規(guī)范對(duì)框架梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪承載力驗(yàn)算要求。 

　�。�3）當(dāng)柱混凝土強(qiáng)度等級(jí)比梁的高較多，且梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)混凝土強(qiáng)度等級(jí)與梁板一致時(shí)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中也可根據(jù)工程具體情況，采取綜合措施，整體加大梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域，既能提高框架梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪承載力，又可滿足節(jié)點(diǎn)區(qū)采用低強(qiáng)度等級(jí)混凝土的驗(yàn)算問(wèn)題。 

　　（4）提高梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪承載力的上述方法適合于抗震等級(jí)為一、二、三級(jí)的各類(lèi)框架的梁柱節(jié)點(diǎn)，包括框架結(jié)構(gòu)、框架―剪力墻結(jié)構(gòu)、框架―核心筒結(jié)構(gòu)等的梁柱節(jié)點(diǎn)。 

　　4 結(jié)語(yǔ) 

　　鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)構(gòu)包括桁架機(jī)構(gòu)、斜壓桿機(jī)構(gòu)、剪摩擦機(jī)構(gòu)三種機(jī)構(gòu)，這三種機(jī)構(gòu)表征了梁柱節(jié)點(diǎn)的受力特點(diǎn)。 

　　鋼筋混凝土梁柱節(jié)點(diǎn)的破壞主要是由于節(jié)點(diǎn)的鋼筋錨固不足和節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度不夠所引起的鋼筋錨固破壞和節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切破壞。 

　　提高鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域抗剪能力的有效途徑是提高核心截面的有效驗(yàn)算寬度和正交梁的約束系數(shù)。 

　�。�項(xiàng)目基金：賀州學(xué)院自然科學(xué)基金（2011ZRKY15、2012zrpy03）/廣西區(qū)大學(xué)生創(chuàng)新基金（2012DXCY08）） 

　　參考文獻(xiàn)： 

　　[1] 王玉霞.鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點(diǎn)性能的研究[J].基建管理優(yōu)化，2008（20）：29-33. 

　　[2] GB50011-2010，抗震規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010：29-42. 

　　[3] 朱炳寅.提高梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域抗剪承載力的有效途徑――新《抗規(guī)》學(xué)習(xí)體會(huì)之二[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011：18-20.