盧 磊

(峨眉山市城市發(fā)展建設(shè)辦公室，四川峨眉山 614200)

0 引言

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則是“強節(jié)點弱構(gòu)件、強柱弱梁、強剪弱彎”。在實際情況中，由于梁與板整體現(xiàn)澆，其抗側(cè)移剛度大，要實現(xiàn)“強柱弱梁”很困難。汶川大地震震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)，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?qū)黉摻罡呙芏葏^(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(diào)查發(fā)現(xiàn)，由于施工中工人為了便于澆筑混凝土，將節(jié)點內(nèi)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(zhì)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(nèi)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(jié)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(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)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(jié)面表示兩種混凝土連續(xù)澆筑形成的粘結(jié)面，Ⅱ型粘結(jié)面表示兩種混凝土先后澆筑形成的粘結(jié)面。

2．1 粘結(jié)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(jié)性能進行了系統(tǒng)研究，其結(jié)論對用纖維混凝土修補、加固和改造既有混凝土結(jié)構(gòu)具有較高的工程參考價值。圖1中所指的Ⅰ，Ⅱ型粘結(jié)面雖不是與既有混凝土的粘結(jié)面，但完全可以參照文獻［3］進行分析，其得到的結(jié)果是偏于安全的。從粘結(jié)面的成型過程來看，圖1中所指Ⅰ，Ⅱ型粘結(jié)面，其粘結(jié)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(jié)面性能，且Ⅰ型粘結(jié)面性能優(yōu)于Ⅱ型粘結(jié)面，平澆粘結(jié)面性能優(yōu)于側(cè)澆粘結(jié)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(gòu)件，尚缺乏相關(guān)力學性能試驗數(shù)據(jù)和研究資料。福州大學對全部采用鋼纖維混凝土的壓彎構(gòu)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(jié)面性能試驗結(jié)果和福州大學所做的壓彎構(gòu)件延性試驗結(jié)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(nèi)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(nèi)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(cè)澆粘結(jié)面，較平澆粘結(jié)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(jié)面，較側(cè)澆粘結(jié)面性能稍好。但該澆筑方式節(jié)點內(nèi)的沿柱縱向箍筋未能減少，節(jié)點內(nèi)鋼筋密度仍很高，節(jié)點區(qū)內(nèi)的混凝土澆筑仍較困難，且節(jié)點性能未得到改善。

3 結(jié)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(gòu)件、強柱弱梁、強剪弱彎”的設(shè)計原則。

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

［2］鄭建嵐．現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)［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(jié)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(jié)構(gòu)學［M］．北京:機械工業(yè)出版社，2005．