关于框架结构节点受力与加固的探讨

关于框架结构节点受力与加固的探讨

周英振

广州市市政集团有限公司510030

摘要：框架节点在结构中起着传递内力并保证结构整体性的作用，节点的破坏将导致与其相连的梁、柱构件也同时失去承载能力，引发结构整体的破坏，后果十分严重。本文重点阐述了建筑工程框架节点的抗震性能及加固措施，以期能够给同行参考与借鉴。

关键词：建筑工程；框架；节点；加固

1．框架节点的概述

钢筋混凝土框架结构中，节点是钢筋混凝土框架结构的重要组成部分，包括梁柱相交的节点核心区以及与之相连的梁端和柱端。对节点的加固可以提升框架的整体性，协调各杆件共同抵抗外力。

钢筋混凝土框架节点的抗剪承载力是影响结构延性与抗震的重要因素之一[1]，针对节点剪切的破坏形式，国内外学者较多运用括桁架机理、斜压杆机理、剪摩擦机理和组合块体机理，以上机理被单个或联合运用，我国以桁架机理与斜压杆机理为主。

当节点核心区配有较多的水平箍筋和较密的垂直钢筋时，节点在由梁端传递的剪力和弯矩以及柱端传递的剪力、弯矩和轴力的共同作用下产生斜拉应力与斜压应力，同时在梁端反向弯矩的作用下承受较大的水平剪力。在以上这些荷载的作用下，核心区产生多条剪切裂缝。节点断面上的剪力可分解为平行于裂缝的斜压力、水平拉力和垂直拉力，大部分剪力可简化为由一个桁架机制来承担：核心区水平箍筋或者水平预应力筋作为水平拉杆承担水平拉力，纵向钢筋作为竖向拉杆承担垂直拉力，箍筋约束下斜裂缝间的混凝土拟作斜向压杆承担斜向压力，三者组成平衡体系。最后随着核心区剪力的继续增大，混凝土受压破坏，节点强度达到极限，桁架机理如图1所示。

斜压杆机理既适用于梁或柱承载能力较低且核心区节点未受到严重损害的情况，也适用于核心区没有箍筋或配箍率较少的情形，这种破坏机理认为节点承载力主要由核心区的混凝土承担。斜压杆模型假设梁、柱上的剪力通过弯压区传递到节点上，在对角方向形成一对大小相等、方向相反的压力，此时节点可简化为一个斜压杆，斜压杆上的倾角θ和宽度a随着节点上荷载的相对变化而变化。在核心区出现另一条斜裂缝后，新旧裂缝之间的混凝土再次形成了类似的斜压杆，随着斜压杆中混凝土被压坏，节点也同时丧失承载力。斜压杆机理如图2所示。

2．框架节点的受力

研究表明，钢筋混凝土框架节点的抗剪承载力是影响结构整体抗震能力和延性的重要因素之一，由于各国对节点抗震性能的要求不同，在节点传力机理及其受剪承载力方面有着不同观点。美国ACI352委员会采用“约束模型，用一个简单的系数来确定节点的承载力：，其中为节点的名义抗剪承载力，为节点剪力设计值；新西兰学者提出了“桁架机理”与“斜压杆机理”结合的节点破坏模型；而中国规范采用的设计公式则是建立在大量试验基础上的半经验公式。

秦全、王立成等人[2]以一般钢筋混凝土框架内节点为研究对象提出了节点核心区名义剪力的改进计算方法：

我国学者傅剑平等人[3]提出节点在梁端反复荷载作用下考虑曲率延性系数，通过计算梁的相对受压区高度计算核心区内力臂，代入式2.3，从而计算得到节点核心区的水平剪力。

3.框架节点加固措施

工程上针对节点的加固研究已较为成熟，取得了一系列的成果[4]。目前常用的加固方法有：加大截面法、外包钢加固法、粘钢加固法等。

（1）加大截面加固法是通过采用增大钢筋混凝土构件的截面面积并在新增混凝土中配置定量箍筋，以提高其承载能力的加固方法，加固的机理是增大节点核心区的抗剪面积。新增部分面积在直接参与抗剪的同时对原节点核心区的混凝土产生一定的约束作用，提高了节点的抗剪强度与刚度并抑制了裂缝的开展，节点处的剪切变形减小。此外，节点在增大截面以后，梁纵筋在节点处的锚固长度相对增加，有效地改善了梁纵筋与节点核心区混凝土的粘结性能，避免了由于梁纵筋粘结锚固失效发生的脆性破坏。

（2）外包钢加固法，该加固方法分干式和湿式两种，干式外包钢法在原构件与型钢之间可无任何粘结，两者之间未能形成整体传力；湿式外包钢法在原构件与型钢间填充环氧树脂或者乳胶水泥等粘结剂，使两种材料有较好的协同工作能力，适用于需要大幅提高承载力而又不允许过大增加混凝土截面尺寸的结构。外包钢加固框架节点通常是指以型钢（如角钢等）外包钢筋混土构件的四角或两角，并以横向缀板或缀条将外包型钢连成整体，形成一个与被包裹构件紧密相连的钢构架。外包钢对节点核心区产生约束作用，限制了裂缝的开展，大幅度地提高了核心区混凝土的极限承载力。加固后型钢与原混凝土构件共同受力。

（3）粘钢加固法是在混凝土构件表面用特制的建筑结构胶粘结钢板并用膨胀螺栓锚固，通过两种材料的共同受力来加固节点。粘钢法加固梁柱节点的机理是通过粘贴的钢板直接提供抗剪承载力，同时又对核心区混凝

土提供约束，延缓核心区裂缝的开展，增强梁纵筋在核心区的粘结锚固，以此来增加节点组体的刚度和剪切强度，从而提高节点耗能能力。运用粘钢加固法对节点进行加固时，结构的外形几乎不产生尺寸上的改变。但这种加固法也存在一定的不足之处：第一，钢板材料的刚度较大，受力后与混凝土协调能力较差；第二，节点处形状复杂，加固中钢板的搭接锚固比较麻烦。

4结束语

目前，节点产生的承载力不足、变形量过大等缺陷问题通常通过节点加固来进行处理，框架节点加固在现有结构的加固补强上发挥着重大的作用，随着既有建筑老龄化加速，框架结构的加固改造工程应用将越来越广泛，节点加固理论、加固方法的研究也越将多元化。

参考文献：

[1]唐九如.钢筋混凝土框架节点抗震[M].东南大学出版社，1988.01

[2]秦全，王立成，宋玉普.混凝土框架内节点受剪承载力计算模型和方法研究[J].建筑结构，2013.04

[3]傅剑平，张川，陈涛，白绍良．钢筋混凝土抗震框架节点受力机理及轴压比影响的试验研究[J]．建筑结构学报，2006.06

[4]段建华.混凝土结构加固方法综述[J].建筑技术，2010.06