鋼纖維混凝土替代框架柱節(jié)點區(qū)普通混凝土探討

盧 磊

(峨眉山市城市發(fā)展建設辦公室，四川峨眉山 614200)

0 引言

鋼筋混凝土框架結構設計的基本原則是“強節(jié)點弱構件、強柱弱梁、強剪弱彎”。在實際情況中，由于梁與板整體現澆，其抗側移剛度大，要實現“強柱弱梁”很困難。汶川大地震震害調查發(fā)現，大量框架柱破壞情況較梁嚴重，特別是底層的框架柱的破壞尤為嚴重，且這些柱的破壞主要發(fā)生在端部節(jié)點附近。此外，節(jié)點及附近區(qū)域屬鋼筋高密度區(qū)，縱橫豎向的縱筋和箍筋在此處高度密集，這對混凝土澆筑造成相當大的困難。汶川大地震震害調查發(fā)現，由于施工中工人為了便于澆筑混凝土，將節(jié)點內箍筋滑移出節(jié)點，以及在施工中節(jié)點混凝土澆筑振搗不密實，致使在地震作用下節(jié)點發(fā)生嚴重剪切破壞。因此，研究如何提高柱端和節(jié)點抗震性能，同時又能改善節(jié)點及附近區(qū)域鋼筋擁擠狀況，確保節(jié)點成型質量，具有實際意義。

1 鋼纖維混凝土基本特性

鋼纖維對普通混凝土的增強效果非常明顯［1］，當纖維體積率在1%～2%范圍內時，混凝土抗拉強度可提高25%～50%，抗彎強度可提高40%～80%，雙面直剪強度可提高50%～100%，抗壓強度可提高0%～25%;在通常的纖維摻量下，混凝土抗壓韌性可提高2倍～7倍，抗彎韌性可提高幾倍到幾十倍，彎曲沖擊韌性可以提高2倍～7倍，沖擊韌性可提高幾倍到幾十倍;摻入纖維后，混凝土與鋼筋的粘結能力也有很大幅度的提高;摻入鋼纖維后，混凝土裂后變形性能好，適用于抗震結構和結構中的各種復雜受力區(qū)段。在混凝土框架節(jié)點中，用1．5%(體積率)的鋼纖維代替1．7%(體積率)的箍筋，可使抗剪強度提高27%，耗能能力提高28%，主筋滑移降低60%～78%。

由此可見，用鋼纖維混凝土替代框架柱節(jié)點區(qū)普通混凝土，以提高柱端和節(jié)點強度，改善抗震性能是可行的。

2 柱節(jié)點區(qū)鋼纖維混凝土澆筑方式

圖1給出了鋼纖維混凝土替代框架柱節(jié)點區(qū)普通混凝土的兩種澆筑方式。圖中，x表示鋼纖維混凝土在柱端的澆筑高度，Ⅰ型粘結面表示兩種混凝土連續(xù)澆筑形成的粘結面，Ⅱ型粘結面表示兩種混凝土先后澆筑形成的粘結面。

2．1 粘結面性能

鄭州大學高丹盈等［3］，對纖維混凝土與既有混凝土粘結性能進行了系統(tǒng)研究，其結論對用纖維混凝土修補、加固和改造既有混凝土結構具有較高的工程參考價值。圖1中所指的Ⅰ，Ⅱ型粘結面雖不是與既有混凝土的粘結面，但完全可以參照文獻［3］進行分析，其得到的結果是偏于安全的。從粘結面的成型過程來看，圖1中所指Ⅰ，Ⅱ型粘結面，其粘結性能均要優(yōu)于文獻［3］中纖維混凝土與既有混凝土的粘結面性能，且Ⅰ型粘結面性能優(yōu)于Ⅱ型粘結面，平澆粘結面性能優(yōu)于側澆粘結面。

圖1 鋼纖維混凝土代替節(jié)點區(qū)普通混凝土示意圖

2．2 澆筑高度

對于局部采用鋼纖維混凝土的構件，尚缺乏相關力學性能試驗數據和研究資料。福州大學對全部采用鋼纖維混凝土的壓彎構件的延性試驗［4］研究認為，可按鋼纖維摻入體積率相應減少箍筋配置。參考高丹盈等［3］所做的與既有混凝土粘結面性能試驗結果和福州大學所做的壓彎構件延性試驗結果［4］，可將澆筑高度x按柱端箍筋加密區(qū)長度來確定，即澆筑高度x等于柱端箍筋加密區(qū)長度，同時鋼纖維混凝土澆筑范圍內的箍筋可按鋼纖維摻入體積率的80%～100%減少配置。

2．3 澆筑方式比較

鋼纖維混凝土一段式澆筑(見圖1a))，鋼纖維混凝土貫通節(jié)點，節(jié)點及附近柱端區(qū)域的延性得到很大提高，節(jié)點及附近柱端區(qū)域抗震性增強明顯。節(jié)點及附近柱端的沿柱縱向箍筋可以有所減少，節(jié)點內鋼筋密集程度降低，易于澆筑振搗。但該澆筑方式在施工中支模方式與常規(guī)做法有所不同，施工工序也與常規(guī)工序有所區(qū)別，梁澆筑時間將延后，使工期有所延長。此外，該澆筑方式會在梁端形成Ⅱ型側澆粘結面，較平澆粘結面性能稍差。

鋼纖維混凝土兩段式澆筑(見圖1b))，鋼纖維混凝土未貫通節(jié)點區(qū)，柱端區(qū)域的延性也得到較大提高，柱端抗震性能有所增強，但較之一段式澆筑稍差。相較于一段式澆筑，兩段式澆筑在施工中支模方式與常規(guī)做法相同，施工工序也與常規(guī)工序無較大差別，不延長工期。此外，該澆筑方式僅在柱端形成的Ⅱ型平澆粘結面，較側澆粘結面性能稍好。但該澆筑方式節(jié)點內的沿柱縱向箍筋未能減少，節(jié)點內鋼筋密度仍很高，節(jié)點區(qū)內的混凝土澆筑仍較困難，且節(jié)點性能未得到改善。

3 結語

通過使用鋼纖維混凝土替代柱節(jié)點區(qū)普通混凝土，能顯著增強框架節(jié)點及附近柱端區(qū)域的抗震性能。實際施工中，采用鋼纖維混凝土一段式澆筑方式(見圖1a))，更能符合“強節(jié)點弱構件、強柱弱梁、強剪弱彎”的設計原則。

［1］趙國潘，彭少民．鋼纖維混凝土結構［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999．

［2］鄭建嵐．現代混凝土結構技術［M］．北京:人民交通出版社，1999．

［3］高丹盈，程紅強．纖維混凝土與既有混凝土黏結性能研究［M］．北京:科學出版社，2008．

［4］趙國藩．高等鋼筋混凝土結構學［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2005．