鋼筋混凝土框架結構中防屈曲支撐連線節點的損傷控制研究論文

　　防屈曲支撐正在被越來越廣泛地應用於我國既有建築結構的抗震加固和新建建築的地震防禦。與日本、美國等抗震先進國家相比，我國在將防屈曲支撐應用於鋼筋混凝土結構方面進行了更多的工程嘗試。然而，由於混凝土構件具有區域性抗拉效能差的特點，在將鋼製防屈曲支撐在混凝土構件相連時，其連線節點的受力狀態較為複雜。國內近年來對此開展了一些有針對性的研究，提出並透過試驗檢驗了在鋼筋混凝土構件內埋置節點板的連線方式。另一方面，當將防屈曲支撐的節點板設置於梁、柱節點的一隅而同時與梁端和柱腳相連線時，框架樑、柱的變形將使節點板處於複雜的應力狀態中；節點板也會對框架樑、柱的變形效能產生影響。為避免這兩方面的不利影響，有學者提出將防屈曲支撐只與梁端相連，而不與框架柱發生任何接觸，如日本學者提出的採用高強預應力鋼棒將防屈曲支撐節點板緊固在梁端側壁的做法如；美國學者針對鋼結構提出的“非約束節點板”的做法。我國《建築結構消能減震（振）設計》標準圖集（09SG610—2）中也包含僅在梁端連線消能器的做法，但僅針對噸位相對較小的彈性消能器。在文獻介紹的工程例項中，則將該方法用於採用防屈曲支撐對既有鋼筋混凝土框架結構進行的抗震加固。本文針對僅在梁端連線防屈曲支撐的做法，提出兩種不同的連線構造形式，並採用梁端區域性損傷控制措施，保證連線部位的效能。

　　1連線節點損傷控制方案

　　二者的共同點在於採用類似於文獻提出的“非約束節點板”的做法，防屈曲支撐節點板與混凝土柱之問人為的設定一定的問隙，以保證即使當結構發生較大的側向變形時，節點板也不會與柱發生接觸。二者的區別在於節點板與梁端的連線形式。其一採用貫穿梁高的高強預應力鋼棒將節點板底板緊固於混凝土梁表面；其二則將節點板延仲預理在混凝土梁端內部，並預埋段設定栓釗一以傳遞力。前者既有用於新建建築，也可用於既有建築的抗震加固。

　　對於這種僅將防屈曲支撐與梁端相連的`情況，節點板與柱之問的問隙處的梁段處於非常不利的受力狀態。當防屈曲支撐受拉時，這一段的梁截面可能同時受到較大的拉力、剪力和彎矩作用，從而使這一部位容易發生不利的脆性破壞。即使不發生破壞，如果梁端損傷集中在這一部位（即在此處出現塑性鉸），會不可避免地對防屈曲支撐連線節點的受力效能產生不利的影響。為此，有必要透過合理的損傷控制手段，消除隱患，減輕不利影響，以提出連線節點的的受力效能。

　　2試驗設計

　　為檢驗上述連線節點形式與損傷控制方案的有效性，半跨懸臂樑段和防屈曲支撐節點板的了結構試驗。由於採用非約束節點板，混凝土柱對連線節點的受力效能影響可忽略不計，在試驗中以剛度更大的地梁代替。此外，為簡化試驗載入裝置，不採用實際的防屈曲支撐，而是採用一臺傾斜安裝的力控的作動器模擬防屈曲支撐傳遞給連線節點的集中軸力。同時採用兩臺並聯的位移控制的作動器在梁跨中反彎點位置（在試驗中即為懸臂樑的白由端）施加剪力，使混凝土梁產生變形。

　　共設計5個試驗體。其中1個為不含防曲支撐的純框架對比試件。另外4個分別採用兩種不同的連線節點形式，對每種連線形式又有調整和不調整梁端配筋兩種情況。梁淨高1800mm，截面為450275mm配筋。防屈曲支撐傾角為40度，節點板與混凝土柱（在試驗中即為地梁）表面的問隙為10mm 。假想的防屈曲支撐極限承載力為500kN。鋼棒連線的試件，採用6根直徑21 mm的高強鋼棒施加合計1500kN的預緊力。預埋板連線的試件，預埋板上均勻設定兩面共24根直徑16mm名義屈服強度235MPa。各個試件的混凝土圓柱體強度平均值約為70MPa。試驗採用擬靜力迴圈載入。層問位移角幅值從1 /400逐漸增大至1/200， 1/100和1/50。其中，在1 /400和1/200下各載入兩圈，而在1/100和1/50下僅各載入1圈。在完成1/50的載入迴圈後，將試驗體沿正方向單調推覆，直到作動器行程用盡。最終各個試驗體對應的最大層問位移角均超過1/200。

　　3試驗現象

　　限於篇幅，本文僅給出含有防屈曲支撐的試驗體在載入至層間位移角時的破損情況，對於未調整梁端配筋（即未做損傷控制）的2號和3號試驗體，在正向載入下均在梁根部，即梁與柱相接處發生集中損傷，形成塑性鉸區。由於同時受到節點板傳遞的集中拉力和剪力的作用，這一區域損傷集中。對於採用預應力鋼棒連線的2號試驗體，節點板下方區域由於受到較大的預壓力，裂縫擴充套件受到抑制，損傷主要集中在預留縫隙對應的狹窄的梁端內。對於採用預埋板連線形式的3號試驗體，這一區域發生了非常嚴重的混凝土壓潰現象，並導致預埋節點板向柱側靠近並在較大的層問位移角下與柱表現發生擠壓。

　　相比之下，本文采用的調整配筋的損傷控制方式成功地將梁端塑性鉸區移至連線節點外側，即遠離樑柱節點處，而防屈曲支撐連線節點對應的梁端的損傷則相對而言非常輕微，基本保持彈性。這有利於最大限度地保證連線節點的剛度和連線效能，減小因連線節點發生變形而減小防屈曲支撐的有效變形。

　　4結論

　　本文透過含有防屈曲支撐節點板的半跨懸臂鋼筋混凝土梁的擬靜力試驗，檢驗了採用非約束節點板進行連線的防屈曲支撐鋼筋混凝土框架結構的區域性受力和損傷特性，同時檢驗了透過調整配筋以轉移梁端損傷部位的區域性損傷控制效果。試驗結果表明，採用區域性損傷控制的非約束節點連線形式能夠達到預期的效果。