地震荷載作用下梁柱節(jié)點的節(jié)點設計

地震荷載作用下梁柱節(jié)點的節(jié)點設計

塑性鉸的出現(xiàn)位置“窄柱和薄梁”是鋼筋混凝土結構的基本原則，應在計算振動方面遵循這一基本原則。目的是在地震荷載作用下,使梁柱框架節(jié)點塑性鉸首先出現(xiàn)在梁端,而且使梁端塑性鉸移位到距柱邊1～1.5倍梁高的理想范圍之內(nèi)。本文所介紹的方法設計出的梁柱節(jié)點,既能體現(xiàn)GB50010-2002《混凝土結構設計規(guī)范》中關于“強柱弱梁”的設計原則,又貫徹了GBJ11-89《建筑抗震設計規(guī)范》中“小震不壞、中震(設防烈度)可修、大震不倒”的設計思想。1梁端負彎矩的調(diào)幅我國現(xiàn)行的行業(yè)標準JGJ3-91《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規(guī)程》第4.4.5條規(guī)定:“在豎向荷載作用下,可以考慮梁端塑性變形內(nèi)力重分布而對梁端負彎矩進行調(diào)幅”,“梁端負彎矩減小后,應按平衡條件計算調(diào)幅后的跨中彎矩”,“豎向荷載產(chǎn)生的梁的彎矩應先行調(diào)幅,再與風荷載和水平地震作用產(chǎn)生的彎矩進行組合”。所謂“強柱弱梁”,是指在有抗震設防的框架結構中,在地震荷載作用下,能呈現(xiàn)“梁鉸機制”,使梁端首先出現(xiàn)塑性鉸,避免柱端先出現(xiàn)塑性鉸,使整個框架在地震作用下,具有良好的變形能力。1.1正截面受彎矩設計值的確定為滿足“強柱弱梁”的設計原則,JGJ3-91第5.2.6條規(guī)定:一、二級框架的梁柱節(jié)點處,柱端彎矩應符合下列要求:一級:∑Mc≥1.1∑Mbua(1)二級:∑Mc≥1.1∑Mb(2)式中:∑Mc——同一節(jié)點左、右梁端考慮抗震調(diào)整系數(shù)的正面截面受彎矩設計值之和;∑Mbua——同一節(jié)點左、右梁端實配鋼筋面積Aassa計算的正截面抗震受彎承載力所對應的彎矩值之和;∑Mb——同一節(jié)點左、右梁端的有地震作用組合的彎矩設計值之和。1.2鋼絞線的下固結塑性鉸圖1為梁受力后的M-Φ曲線。由圖1可以看出,隨著荷載的增加,鋼筋達到屈服,此時,截面的承載能力雖然仍能有所提高,但相應的曲率增長非常迅速(如圖中的水平區(qū)段)。這意味著在截面承載能力增長不大的情況下,相對轉角在此點出現(xiàn)急劇的增長。此時該截面相當于一個能轉動的鉸,對這一塑性變形集中發(fā)生的區(qū)域,在桿系結構中稱為塑性鉸。塑性鉸與理想鉸不同,表現(xiàn)在:①塑性鉸不是集中于一點,而是形成在一定的范圍,只是為了簡化,在計算上通常認為集中于一個截面;②理想鉸不能承受彎矩,而塑性鉸能夠承受彎矩,其值即為截面的極限彎矩;③塑性鉸只能沿彎矩作用方向發(fā)生單向轉動,其轉動能力受到縱向鋼筋配筋率和混凝土極限壓應變的限制,即塑性鉸的長度、轉角具有一定限值。但是,由于梁端彎矩的減小,使塑性鉸在柱邊梁端形成,常引起以下3個問題:(1)梁端塑性鉸的形成,常使非彈性變形伸入節(jié)點域,減弱了梁對柱節(jié)點域混凝土的約束,從而降低了節(jié)點的抗剪和有效剛度。(2)為了限制節(jié)點內(nèi)強度和剛度的降低程度,在節(jié)點內(nèi)需配置高配筋率的橫向鋼筋,或在節(jié)點內(nèi)配置斜向交叉鋼筋。(3)柱邊梁端的破壞,可能使節(jié)點同時破壞。1.3反復循環(huán)荷載作用如何才能既保持“強柱弱梁”的設計原則,又避免以上問題的出現(xiàn)呢?可將梁的塑性鉸位置從柱邊移開,通過增加節(jié)點中的輔助縱向鋼筋并使其伸入兩側梁內(nèi)一定距離,將可能發(fā)生的梁內(nèi)塑性鉸區(qū)段從柱邊移開,使其在距柱邊一個梁截面有效高度處形成。這樣,在反復循環(huán)荷載作用下,非弱性變形不會侵入節(jié)點內(nèi)(塑性鉸產(chǎn)生非弱性效應,形成非彈性變形),框架結構便能在循環(huán)荷載的反復作用下仍保持其總體強度和有效剛度。另外,由于地震荷載引起的損壞區(qū)段從節(jié)點移開后,對震害的修復更為容易,費用也較少,產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效果。2塑料干預檢測的基礎2.1《清咸水歌》：“清,料，神，我，me。”設計原則:柱邊梁端可能作用的最大彎矩Mu應小于該截面的設計彎矩Mn和屈服彎矩My,即:Mn>Mu,My>Mu。這樣,可以保證在柱邊梁端保持彈性,以便塑性鉸能在離柱邊一個有效梁高處形成。節(jié)點中間的縱向鋼筋由4根鋼筋組成,分2層等距離配置在上下兩層鋼筋的1/3處。這些鋼筋穿過節(jié)點延伸進梁內(nèi),每層中間配筋的截面積對受拉鋼筋面積之比A/As約在0.22～0.88范圍內(nèi)變化。2.2節(jié)點內(nèi)部配筋(1)在節(jié)點處用二層中間縱向鋼筋和附加的梁頂部和底部鋼筋伸出兩邊一定長度(1.5h),塑性鉸區(qū)段中心可在距柱邊(1.0～1.5)h處,即一個有效梁高處形成。為抵抗節(jié)點內(nèi)產(chǎn)生的剪力,每層中間配筋量對頂部配筋量之比應在0.3～0.5范圍內(nèi)。(2)當梁內(nèi)塑性鉸成功地從柱邊完全移開后,柱邊梁能保持基本彈性狀態(tài),一直等到相對層間位移達到約3%為止。梁鋼筋屈服沒有伸入節(jié)點核心,用節(jié)點縱向截面面積0.7%～1.0%的橫向配筋率就能達到約束點的作用。(3)塑性鉸區(qū)段移位導致梁內(nèi)產(chǎn)生較大的轉動延伸的能量消耗。其辦法是使用小直徑的鋼筋和中間層配置的鋼筋把彎剪斜裂縫散布在梁較長的區(qū)段內(nèi),而不讓它們局限于狹窄區(qū)域內(nèi)。(4)側梁對約束節(jié)點有顯著效果。塑性鉸移位前后的比較見表1。3拆除后的梁和柱節(jié)點的設計3.1設計原則要同時考慮柱邊截面和距柱邊一個有效梁高處的截面,保持兩截面的相互協(xié)調(diào),當梁的塑性鉸發(fā)生在預期位置時,柱邊不會產(chǎn)生過度屈服。3.2柱邊塑性鉸的設計(1)要求:λ>3(λ=MJ/QJ·h0)(3)式(3)中:λ———剪跨比;GB50010-2002《混凝土結構設計規(guī)范》中規(guī)定:當λ>3時,取λ=3,顯然排除了λ>3的情況,這與上面的設計準則顯然是不相同的。表明規(guī)范將塑性鉸形成在柱邊。(2)柱邊截面的設計承載力Mn′至少應大于預期的最大力矩Mo′的25%。設計這一截面時,應使底部鋼筋不少于頂部鋼筋的50%,中間鋼筋應伸入節(jié)