基于無箍筋鋼骨混凝土(SRC)節(jié)點(diǎn)受力性能研究

饒正保 張勛

摘要：在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上分析了SRC節(jié)點(diǎn)中箍筋作用和無箍筋SRC節(jié)點(diǎn)的可行性，研究了無箍筋SRC加厚腹板節(jié)點(diǎn)滯回性能和承載力，結(jié)果表明：無箍筋加厚腹板 SRC節(jié)點(diǎn)的變形能力和延性性能能夠滿足建筑結(jié)構(gòu)的要求，在那些不便于再配置箍筋的節(jié)點(diǎn)中，可以考慮省去箍筋。

關(guān)鍵詞：SRC節(jié)點(diǎn)無箍筋受力性能 加厚腹板 承載力

中圖分類號(hào)：TU392.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：

Study on Mechanical Characteristic of SRC Joints without Stirrup

Abstract: Based on the test data, the function of stirrup in SRC joints and the feasibility of SRC joints without stirrup are discussed, also the hysteretic behavior and capacity of bearing loads of non-stirrup SRC joints with thickened web are analyzed. It is indicated that SRC joints with thickened web and drawing steel set on longitudinal bar of columns can be satisfied with the requirement of deformation capacity and ductility of specimens, and the stirrup in SRC joints has not to be set, which is inconvenient. The utilization ratio of thickened web is put forward, also the formula of bearing capacity and reinforced measure are given

Keywords: steel reinforced concrete joint; no stirrup; Mechanical Property ；thickened web；bearing capacity

1 引言

節(jié)點(diǎn)是連接框架梁和柱的關(guān)鍵部位，梁和柱的內(nèi)力和變形通過節(jié)點(diǎn)傳遞，因此節(jié)點(diǎn)的安全可靠是保證結(jié)構(gòu)正常工作的前提。SRC梁、柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)為梁型鋼、縱筋和柱型鋼、縱筋交匯處，鋼材密集，在其間配置箍筋比較困難，同時(shí)箍筋的存在要削弱梁或柱型鋼腹板強(qiáng)度（例如翼緣板穿孔等），且難以保證混凝土澆筑過程中的施工質(zhì)量。是否能可以省去節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的箍筋而又保證節(jié)點(diǎn)的安全可靠，本文從SRC節(jié)點(diǎn)中箍筋的作用、無箍筋SRC節(jié)點(diǎn)的滯回性能分析及無箍筋SRC節(jié)點(diǎn)的承載力計(jì)算和相關(guān)補(bǔ)強(qiáng)措施進(jìn)行分析研究。

2 SRC節(jié)點(diǎn)中箍筋的作用

在RC節(jié)點(diǎn)內(nèi)設(shè)置箍筋有三種功能[1]：抗剪、約束混凝土和防止柱筋壓曲，而SRC節(jié)點(diǎn)中的箍筋所起的作用與之有所區(qū)別。梁柱節(jié)點(diǎn)專題組對(duì)SRC節(jié)點(diǎn)有、無箍筋的效果進(jìn)行了比較。試驗(yàn)表明，SRC節(jié)點(diǎn)中箍筋的作用與RC節(jié)點(diǎn)中箍筋的作用有一些差別，主要表現(xiàn)在：

（1）雖然SRC節(jié)點(diǎn)內(nèi)配置的箍筋能承擔(dān)一部分節(jié)點(diǎn)剪力，但其抗剪作用主要在型鋼腹板屈服以后才發(fā)揮出來；（2）它使核心區(qū)裂縫寬度和混凝土的剪切變形有所減小，并延緩了節(jié)點(diǎn)的破壞過程。

參考文獻(xiàn)[2]一組有、無箍筋的SRC節(jié)點(diǎn)對(duì)比試驗(yàn)表明，在型鋼屈服之前，無論核心區(qū)有無箍筋，型鋼與混凝土的變形是協(xié)調(diào)一致的。在型鋼屈服后，無箍筋的試件混凝土剪切變形隨著循環(huán)次數(shù)的增加而增加，最后達(dá)到型鋼剪切變形量的2倍（圖1（a））；而有箍筋的試件，混凝土與型鋼的變形始終協(xié)調(diào)一致（圖1（b））。從滯回曲線上可看到，有箍筋試件的承載力和變形能力略有提高。

圖1節(jié)點(diǎn)箍筋對(duì)剪切變形的影響

值得注意的是，不配箍筋的 SRC節(jié)點(diǎn)的變形能力和延性性能已經(jīng)能滿足建筑結(jié)構(gòu)的要求，所以在那些不便于再配置箍筋的節(jié)點(diǎn)中，可以考慮省去箍筋。

3無箍筋SRC節(jié)點(diǎn)可行性分析

3.1 無箍筋SRC節(jié)點(diǎn)的相關(guān)試驗(yàn)

為了證實(shí)這種無箍筋SRC節(jié)點(diǎn)構(gòu)造的可行性，了解節(jié)點(diǎn)核心區(qū)范圍內(nèi)不配置箍筋時(shí)是否影響其變形能力與耗能能力，日本進(jìn)行過加厚腹板取代配箍的試驗(yàn)研究[3]。

（1）試件形式如圖2所示，其中試件1有箍筋，試件2無箍筋，但其腹板厚度為試件1的2倍。試件3與試件2基本相同，僅增設(shè)了柱縱筋的斜向拉結(jié)筋，用來防止縱筋縱向壓曲。變形能力對(duì)比如圖3所示，耗能能力對(duì)比如圖4所示，滯回曲線對(duì)比如圖5所示。

從上圖可看出，3個(gè)試件在承載力、變形能力和耗能能力都是相近的，即：未配置箍筋并加厚腹板的SRC節(jié)點(diǎn)的滯回曲線與配置箍筋的滯回曲線相近，雖然屈服后承載力下降率稍差，但遠(yuǎn)強(qiáng)于RC節(jié)點(diǎn)，能滿足建筑結(jié)構(gòu)的要求。這說明，可以用加厚節(jié)點(diǎn)腹板的方法來省去不必要、卻帶來很大麻煩的箍筋。在一定條件下，可以用加厚腹板并增設(shè)斜向拉結(jié)鋼筋的方法來取代SRC節(jié)點(diǎn)箍筋的作用。

3.2箍筋對(duì)SRC節(jié)點(diǎn)受力性能的影響

通過無箍筋節(jié)點(diǎn)與有箍筋節(jié)點(diǎn)的滯回曲線的比較（圖6）可知，箍筋對(duì)SRC節(jié)點(diǎn)極限抗剪承載力的影響很小，其原因是因?yàn)橹挥挟?dāng)腹板屈服后，進(jìn)入塑性流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，箍筋的應(yīng)變才增大，才能發(fā)揮出其抗剪性能作用[4]。

圖6有、無箍筋節(jié)點(diǎn)滯回曲線的比較

由圖6有箍筋SRC節(jié)點(diǎn)與無箍筋SRC節(jié)點(diǎn)（加厚腹板）滯回曲線可以看出，無箍筋節(jié)點(diǎn)的滯回曲線比較豐滿，外包線面積大，故其耗能能力也較大。但與普通型鋼SRC有箍筋節(jié)點(diǎn)相比，其滯回曲線稍有捏縮現(xiàn)象，略呈倒S形。所以，有必要采取措施提高無箍筋SRC節(jié)點(diǎn)的中強(qiáng)度和屈服后承載力的下降論，可行的方法之一就是加厚腹板。

4加厚腹板SRC節(jié)點(diǎn)受力性能分析

本文所用十字型節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)試驗(yàn)資料中的的第一組試件為未加厚腹板，與它對(duì)應(yīng)的第二組試件是加厚腹板的，現(xiàn)將其滯回曲線列于下（圖7），以做對(duì)比。

圖7正常腹板與加厚腹板節(jié)點(diǎn)滯回曲線的比較

上圖的四組對(duì)比滯回曲線中，都是正常腹板與加厚腹板節(jié)點(diǎn)的對(duì)比,從中可看出：

①加厚腹板后，節(jié)點(diǎn)的極限承載力有很大的提高，前四組分別提高了38.6、52.4、47.9和43kN（圖8）。

②還可以從圖中看出，加厚腹板后，節(jié)點(diǎn)的的變形能力有很大的提高。就節(jié)點(diǎn)的極限位移角R來說，前四組分別提高了0.003、0.008、0.014和0.010（rad）（圖8）。

③同時(shí)，因?yàn)楣?jié)點(diǎn)抗剪承載力的提高，使節(jié)點(diǎn)的破壞形式發(fā)生了變化，避免了核心區(qū)的破壞（正常腹板節(jié)點(diǎn)），而變成核心區(qū)和梁端同時(shí)破壞（加厚腹板節(jié)點(diǎn)）。而節(jié)點(diǎn)核心區(qū)破壞屬脆性破壞，延性較差耗能較少；核心區(qū)和梁端同時(shí)破壞則能極大的改善節(jié)點(diǎn)的抗震性能。

圖8正常腹板與加厚腹板節(jié)點(diǎn)極限承載力和位移

④加厚腹板的滯回曲線都要比正常腹板的滯回曲線更加豐滿，捏縮現(xiàn)象有所減輕，說明加厚腹板后，節(jié)點(diǎn)的耗能能力有所提高，增強(qiáng)了節(jié)點(diǎn)的抗震性能。