节点抗震论文综述

钢筋砼框架节点抗震的研究及影响因素** ******（********大学土木与水利工程学院******班）摘要：筋砼框架结构在强烈地震作用下发生破坏或倒塌，多数是由于梁柱节点破坏引起的。

通过框架节点的实验研究成果,总结了影响节点抗震性能的主要因素，并简单介绍了节点设计计算理论、设计方法及节点变形计算方法、节点构造。

关键词：钢筋混凝土框架、节点；抗震性能；影响因素，节点核心区Study on Influence Factors of reinforced concrete frame joints seismic****** ********School of *********** University of Technology ****** classesAbstract: reinforced concrete frame structure damage or collapse under strong earthquake, the majority is caused by the destruction of beam-column joints. Through the experimental research results of frame joints, main factors affecting the seismic behavior of joints are summarized, and a brief introduction of the node design theory, design method and node, node structure deformation calculation method.Keywords: reinforced concrete frame and joints; seismic performance; influence factors,joint core area1 我国框架节点的实验研究我国自1976年唐山地震以后，同济大学、西安冶金建筑科技大学等多家科研院所开展了大量结构抗震实验研究。

在1983年，框架节点专题研究组对于30个钢筋混凝土框架梁柱节点和6个转移梁塑性铰的节点进行了实验，分析了节点核心区的受力性能及影响核心区混凝土抗剪强度的主要因素，提出节点核心区混凝土抗剪强度计算公式和改善节点抗震性能的途径。

1987年，高小旺等通过对一工程实例中框架节点配箍情况的分析和处理。

1990年，赵鸿铁等在对10个钢筋混凝土节点的实验结果的分析及当时国内外的42个试件的实验结果的验证的基础上提出了节点抗裂度的计算方法。

1991年，蒋永生等通过6个节点足尺实验，采用3种人工铰方案得出了较方便的承载力计算方法并提出设置人工塑性铰的建议。

1993年殷芝霖等通过5个中柱扁梁节点和2个边柱扁梁节点的实验，考察了节点的抗震性能。

根据受力特征和破坏形态的机理分析，提出了扁梁结构的实用强度计算方法及有效的配筋构造措施。

1992年，东南大学唐九如通过12个足尺边柱节点实验，考察节点核心区混凝土的抗剪性能。

实验中节点的剪切破坏过程可分为4个阶段：初裂，临界断裂，最终破坏和失效。

在斜向拉应力超过混凝土所能承受的拉力处出现第一条斜裂纹，当最大的一对裂纹宽度超过0. 3mm 后，节点核心区的箍筋屈服，此时的裂纹为“临界裂纹，在此之后，节点所能承受的继续加载的能力很小, (直到到达最终抗剪强度)当其小于最终破坏强度的80%时，节点被压碎。

2001年,田守瑞等通过4个大型圆形截面钢骨混凝土中柱节点的抗震性能的试验研究得出：该种节点比相同截面的矩形截面节点具有更好的抗震承载能力，延性较好，刚度退化缓慢;轴压比从0. 16 提高到0. 32，极限强度提高了11%，箍筋在圆形截面的节点核心区里优于矩形截面，更有利于发挥其约束作用。

2006年，傅剑平等通过19个中柱节点足尺实验，研究了剪压比、轴压比对节点抗震性能的影响规律。

2 节点核心区的应力状态及破坏机理强柱弱梁是钢筋砼框架结构设计中应遵循的主要原则，地震对节点核心的作用力由梁端屈服弯矩所控制，即以梁端钢筋屈服为条件。

因为只有延性框架的塑性形变耗散地震能量，来维持其抗震能力，使框架梁形成侧移机构(图1)。

图1框架梁侧移机构对于框架梁柱节点来说，宏观上节点外力是平衡的，若要知道节点是如何破坏的，就要分析节点的内部应力状态，如图2所示。

节点在复杂应力共同作用下，它的破坏主要是因为抗剪强度不足引起的。

Cl、Gl’、C3、c3’为钢筋的压力设计值，c2、c2’、c。

、c4’为砼的压力设计值，A。

、Agx分别为节点一侧梁上部纵向钢筋和另一侧梁下部纵向钢筋的面积。

由此看出，节点承受柱、梁所传来的压力，在其核心区形成一个斜压杆。

当斜压杆达到其强度时，节点就要破坏。

节点核心区在砼开裂前处于弹性工作阶段，剪力基本上都是由砼承担，即作用于核心区的斜压力，由跨越核心区的砼斜压杆来承担，箍筋应力很小。

当作用于节点核心的剪力达到核心区最大抗剪能力的60％～70％时，核心区突然出现对角线贯通裂缝，此时箍筋应力突然增大，个别达到屈服点，剪力由箍筋与砼共同承担。

随着荷载继续与反复作用，未屈服箍筋继续达到屈服，致使节点破坏。

箍筋的作用有2个方面：一是提供受剪承载力；二是约束节点核心区砼，提高节点的延性。

由于垂直于框架平面的交叉梁对节点核心砼具有约束作用，因而提高了节点核心砼的抗剪强度。

另外，随着轴压比增加斜压杆宽度也在不断扩展，这不仅能提高节点核心砼开裂的抗剪强度，而且能提高其极限抗剪强度，但轴力增加使节点延性降低。

3 节点核心区设计计算方法目前框架节点的抗剪强度计算主要采用2种模型。

其中一种是以新西兰规范(NZS3101)方法为代表的斜压杆-桁架机构理论。

该理论认为在核心区混凝土开裂前，节点处于弹性阶段，核心区箍筋应力很小，基本上由混凝土承受抗剪。

梁、柱端受压区混凝土的压力在平衡梁、柱截面的剪力后，在节点核心区对角线方向形成有一定宽度的混凝土斜压应力带，此机构称为斜压杆(柱)机构。

另一种为美国规范(ACI318202)方法为代表的压杆-拉杆模型。

该理论把节点区看成一段作用剪力较大的特殊柱段，只要节点里的箍筋达到一定的量，即“约束作用”达到一定的水准，就可以保证其抗震性能。

水平力与竖向力的作用线相交于节点区内，其合力由节点区内的斜压杆平衡。

4 节点变形计算方法通过节点区抗震设计，可以避免节点区发生剪切破坏，但是节点区的变形能力尚无法确定。

目前节点变形计算方法有2种，一种是ABAQUS、ANSYS软件采用的材料非线性有限元分析方法;另一种为ETABS、SAP2000、MIDAS等软件采用的梁端塑性铰假定。

通过材料非线性有限元分析可以详细了解节点区各部分的塑性发展情况，但是建模复杂、计算量大,在塑性变形发展后期，计算容易发散。

5 节点构造抗震规范ll一89要求1—2级框架的节点核心区应进行抗震验算，3～4级框架的节点核心区可不进行抗震验算，但应符合构造措施要求，即框架节点核心区内箍筋量不应小于柱端加密区的实际配箍量。

由于节点中箍筋起抗剪及约束砼作用，因此，对抗震箍筋的直径、问距和端部弯钩的要求要比一般的构造严格，这也是对规范的一点补充。

于100 mnl。

采用封闭箍筋，且箍筋应有1350弯钩，端头直线长度不小于10倍的箍筋直径，柱中纵向钢筋应通贯节点，不应在节点中切断。

在节点区不允许采用搭接的矩形箍，这是因为在反复荷载下，核心区砼接近破坏时，搭接的矩形箍将会失效。

另外，矩形箍直段部分太长，对核心砼的约束作用不大，因此还必须配置与钢箍直段成直角的辅助拉条或箍筋(图3)，钢筋直段的支承长度一般不得大于35cm。

在设计与施工中，框架节点的好坏直接关系到震害程度的大小。

梁柱节点的受剪承载力是由节点核心区的砼和箍筋共同提供的，虽然砼提供了主要的抗剪承载力，但箍筋提高了节点的延性和节点对地震力的耗能能力，它能满足结构抗震对节点延性和耗能能力的要求。

6 影响钢筋混凝土框架节点抗震性能的因素(1)材料强度：混凝土强度直接影响框架节点抗剪承载力，对于承受一定荷载的框架节点．混凝土强度越高，则梁、柱的截面尺寸越小，框架节点核芯区混凝土的承剪截面也相应减小，在一定配箍率下，对其抗震性能反而不利。

(2)节点型式：对于一榀平面框架，按框架节点所在位置，节点主要有四种基本型式：顶层边柱节点(广型)、顶层中柱节点(T 型)、中间层边柱节点(卜型)和中间层中柱节点(+型)。

对于广型节点，梁、柱的纵筋均需在框架节点核芯区内锚固，节点核芯区腕力较复杂，易产生破坏。

对于下型节点，梁的纵筋可直通锚固，水平荷载作用下，柱抗弯承载力弱于梁，柱端易产生塑性铰。

对于卜型节点，柱抗弯承载力较大，“强柱弱梁”比较容易满足，但梁筋的锚固相对薄弱，梁筋易发生粘结滑移，角柱节点受力最为不利。

对于+型节点，强震作用下，框架节点两侧梁端可能均达到屈服，框架节点核芯区受到很大的剪力，容易发生核芯区剪切破坏。

(3)轴压比：试验研究表明，在一定范围内轴向压力可提高框架节点核芯区混凝土的抗剪承载力。

由于柱轴向压力的作用，在框架节点核芯区混凝土开裂以前，柱截面受压区面积加大，斜压杆作用加强。

当混凝土出现裂缝时，混凝土块体间产生咬合力。

随着轴压比的增大，抗剪承载力相应增大，但当轴压比超过某一临界值时，框架节点受压区混凝土产生微裂缝，使混凝土压碎，抗剪承载力反而下降。

(4)剪压比：为了防止框架节点核芯区出现斜拉破坏或斜压破坏，必须控制剪压比，即限制配箍率，避免框架节点核芯区混凝土的破坏先于箍筋的屈服。

(5)水平箍筋：在框架节点内配置水平封闭箍筋，一方面对框架节点核芯区混凝土产生有利约束，增强传递轴向荷载的能力，另一方面承担部分水平剪力，提高框架节点的抗剪承载力。

试验表明，配箍适当的框架节点核芯区出现贯通裂缝后，混凝土承担的剪力继续增加，箍筋全部屈服，混凝土与箍筋同时充分发挥作用，使节点核芯区受剪承载力在破坏时达到最大。

对于配箍较高的节点，当节点核芯区产生贯通斜裂缝时，混凝土抗剪承载力达极值，但箍筋应力还很低，混凝土破坏先于箍筋屈服，使得节点核芯区的抗剪承载力达不到预期的最大值，箍筋不能充分发挥作用。

(6)竖向箍筋：在水平反复荷载作用下．框架节点核芯混凝土出现交叉斜裂终缝后，剪力的传递由斜压杆作用过渡到水平箍筋承担水平分力、柱纵向钢筋承担竖向分力，以及平行于斜裂缝的混凝土骨料咬合力所构成的桁架抗剪机制，设置竖向箍筋可承担框架节点剪力的竖向分量，减轻混凝土的负担，从而提高框架节点的抗剪承载力，但施工不便。

(7)柱纵向钢筋：柱纵向钢筋通常按抗弯要求设置．沿柱截面的高度方向，按构造规定也相应配置一定数量的纵向钢筋。