粘鋼加固鋼筋混凝土框架中節(jié)點(diǎn)抗震性能分析

1、粘鋼加固鋼筋混凝土框架中節(jié)點(diǎn)抗震性能分析楊雪1,任小艷21. 遼寧工程技術(shù)大學(xué),遼寧阜新(3000722. 舞陽鋼鐵公司,河南舞鋼(462500摘要:本文通過對低周期反復(fù)荷載下3個粘鋼加固框架中節(jié)點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn),分析了其破壞模式與受力性能,明確該類節(jié)點(diǎn)的滯回曲線特征,得到其延性系數(shù)和等效粘滯阻尼比系數(shù),并建立了該類節(jié)點(diǎn)的抗剪承載力計算公式。關(guān)鍵詞:粘鋼加固;框架中節(jié)點(diǎn);有限元分析;延性與耗能能力;抗剪承載力1 前言自上世紀(jì)六十年代以來,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)迅速發(fā)展。鋼筋混凝土建筑物經(jīng)受強(qiáng)烈地震作用后,往往會出現(xiàn)不同形式的破壞,引起各國的高度重視。專家學(xué)者進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和分析,并提出了鋼筋混凝土框架

2、結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論與計算方法12345678910。在我國抗震規(guī)范中概括為“強(qiáng)柱弱梁剛結(jié)點(diǎn)”,即當(dāng)梁內(nèi)受拉鋼筋屈服首先進(jìn)入塑性狀態(tài)時,柱筋還沒有屈服。也就是說柱還處于彈塑性狀態(tài),而節(jié)點(diǎn)則處于彈性階段,可見規(guī)范對于節(jié)點(diǎn)的要求是很高的。正因?yàn)槿绱?按我國規(guī)范設(shè)計抗震等級較高的框架結(jié)構(gòu)中,節(jié)點(diǎn)核心區(qū)往往需要配置很多的橫向箍筋才能滿足抗震要求。自上世紀(jì)六十年代以來,國內(nèi)外對現(xiàn)澆框架節(jié)點(diǎn)的抗震性能相繼開展了大量的研究1234,逐步探索了如何改善節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度和延性11,并且對節(jié)點(diǎn)抗震能力的計算方法也提出了許多設(shè)計建議。研究成果很多,也基本成熟1213現(xiàn)在,人們的研究主要集中在異形框架節(jié)點(diǎn)14,和鋼管混凝土新型

3、(裝配式或整體式節(jié)點(diǎn)的研究14151617 。歷次的地震表明鋼筋混凝土框架的破壞主要集中在節(jié)點(diǎn)。根據(jù)震害現(xiàn)象和試驗(yàn)結(jié)果,節(jié)點(diǎn)破壞形式可分為以下四種:梁端受彎破壞、柱端受彎破壞、錨固破壞和節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切破壞。近年來已有學(xué)者對節(jié)點(diǎn)的加固進(jìn)行了研究,取得了階段性的成果。目前,對于節(jié)點(diǎn)的加固主要集中增大柱截面加固法、粘鋼加固法、碳纖維加固法等三種方法。本文主要針對用粘鋼加固鋼筋混凝土框架中節(jié)點(diǎn),研究其抗震性能,并給出節(jié)點(diǎn)的抗剪公式。2試件試驗(yàn)2.1 試件的尺寸及配筋本試驗(yàn)的試件尺寸是參考中高層框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的實(shí)際設(shè)計情況而制作的,力求使試驗(yàn)的設(shè)計對象能與實(shí)際相符。試件設(shè)計成比例為1:1的足尺試件,其高度

4、接近于層高,上下柱的支承端接近于反彎點(diǎn)的位置,梁的臂長基本取1/3跨長處,加荷位置基本位于梁反彎點(diǎn)處。試驗(yàn)構(gòu)件的尺寸及配筋情況圖如圖1。 圖1試件配筋圖 (單位:mm Fig.1 Reinforcement of specimens(unit:mm圖2 粘鋼加固的方法圖 (單位:mmFig.2 Glue the method picture that the steelstrengthens(unit:mm 2.2 測點(diǎn)布置和加載方式為了了解粘鋼加固框架節(jié)點(diǎn)的效果和研究加固后框架節(jié)點(diǎn)的抗震性能,在試件上作如圖所示的測點(diǎn)布置。利用試驗(yàn)架將柱的下端鉸接固定,梁的兩端用鉸支座限制其豎向位移,允許其水

5、平位移,在柱的上端用申克試驗(yàn)機(jī)施加水平反復(fù)荷載,同時用油壓千斤頂在柱頂施加固定的軸向荷載. 當(dāng)試件安裝就位后,先施加柱頂軸向荷載到預(yù)定值(各試件的軸壓比均為0. 5 ,并在試驗(yàn)過程中保持這個值不變,然后由申克試驗(yàn)機(jī)逐級施加水平反復(fù)荷載,加載頻率為0. 005 Hz. 在梁主筋屈服之前,采用力控制,梁主筋屈服之后采用位移控制. 采用柱端加載的最大優(yōu)點(diǎn)在于可以考慮P - 效應(yīng)對節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響,完全模擬實(shí)際情況。 鋼筋應(yīng)變片布置圖混凝土應(yīng)變片布置圖圖3 測點(diǎn)布置(單位:mmFig.3 Arrangement of gauges (unit:mm 圖4 加載方式圖Fig.4 Load the wa

6、y picture3 抗震性能分析幾個試件的滯回曲線對比可以看出,鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)滯回曲線的共同特點(diǎn)是從最初加載時耗能能力較好的梭形很快過渡到耗能能力最差的倒S 形,并且捏攏現(xiàn)象嚴(yán)重,這種情況與節(jié)點(diǎn)區(qū)的鋼筋粘結(jié)滑移、混凝土的剪切變形以及混凝土的裂面效應(yīng)分不開。加固后試件滯回曲線的捏攏現(xiàn)象和零滑移現(xiàn)象都比沒有加固的試件有改善,滯回環(huán)更加飽滿,滯回曲線的形狀也有改善.在研究柱端荷載- 位移滯回曲線的基礎(chǔ)上,對試件的以下幾個性質(zhì)進(jìn)行對比分析以評價碳纖維對節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗震加固效果的優(yōu)劣。3.1骨架曲線本文將滯回曲線第一循環(huán)的回載頂點(diǎn)連接成為包絡(luò)線,將各個試件的包絡(luò)線都畫在圖6 中. 從圖中可以看出,加

7、固后節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和延性都顯著提高。 圖5 柱端荷載位移滯回曲線Fig.5 Load-displacement lrysteresis loop of column 4 設(shè)計計算公式的提出為了方便加固設(shè)計,并使之與規(guī)范成為一致的我體系,下面將參照國設(shè)計規(guī)范的要求,提出粘鋼加固框架邊節(jié)點(diǎn)的承載力驗(yàn)算公式。外包鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)的受力情況基本和現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)的相同見圖3。根據(jù)外包鋼筋混凝土節(jié)點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)情況分析,節(jié)點(diǎn)的內(nèi)外混凝土均開裂至破壞,混凝土處于非彈性受力狀態(tài),鋼筋的應(yīng)力處于彈性狀態(tài),基本接近屈服。按彈性受力分析(圖7。 圖6 外包鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)受力圖Fig.6 Wrap up the node of

8、 the reinforced concrete frame outside and is tried hard 5 框架節(jié)點(diǎn)抗剪承載力的設(shè)計公式為了與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)的規(guī)范公式相一致,對于用增大截面外包加固的節(jié)點(diǎn)受剪承載力設(shè)計公式可以在規(guī)范150119公式的基礎(chǔ)上作適當(dāng)修正,取:21c c V V V += (1式中- 原結(jié)構(gòu)承載力,可按GB50010-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范取,即:1c V j V (+=011s b svj y j j t j RE c a h s A f h b f V (2-加固構(gòu)件截面組合系數(shù),根據(jù)新舊部分澆筑結(jié)合面的具體可靠程度可取0.185.0=-組合系數(shù)1.1=。

9、混凝土耐久性降低系數(shù),取,0.17.0可根據(jù)混凝土使用年限和現(xiàn)場腐蝕程度和現(xiàn)場檢測結(jié)果取0.8-1.1.(+=00021.11s b svj y j j h h t RE c a h s A f h b h b f V (3 00,h h h b - 節(jié)點(diǎn)水平截面加固后的寬度和高度;j j h b ,- 節(jié)點(diǎn)水平截面加固前的寬度和高度;t f - 加固部分棍凝土的抗拉強(qiáng)度;- 勸口固部分混凝土降低系數(shù),可根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果取0.8-0.98;其余系數(shù)規(guī)定同規(guī)范。6 結(jié)論1、 節(jié)點(diǎn)經(jīng)粘鋼加固后,破壞形式由核心區(qū)剪切脆性破壞過渡為粱端塑性鉸延性破壞,耗能能力和延性都得到顯著改善,抗震性能明顯優(yōu)與加固前的

10、節(jié)點(diǎn),破壞時節(jié)點(diǎn)達(dá)到足夠的延性,并且未發(fā)生突然卸載的現(xiàn)象。經(jīng)粘鋼加固的試件的各項(xiàng)性能都達(dá)到并超過了規(guī)范要求,因此這種加固方式適用于抗震加固;2、 采用粘鋼加固的鋼筋混凝土框架邊節(jié)點(diǎn),屈服荷載和極限承載力都明顯提高;3、 從滯回曲線的捏攏和零滑移程度的改善上可以看出,粘鋼加固節(jié)點(diǎn)構(gòu)件對節(jié)點(diǎn)的極限承載力只有少量提高,但其限制了核心區(qū)混凝土的剪切變形,在同等荷載作用下,節(jié)點(diǎn)的層間位移減少,剛度有所提高,構(gòu)件的抗震能力也有所提高參考文獻(xiàn)1 Muhammad A.Mukaddam, Majib B.Kasti, "Reinforced concrete Joints under Cyclic

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