吳梅梅 杜祥帥 鄭銘凱 陳甜 王雪

摘? ? 要：步入21世紀(jì)以來(lái)，伴隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，城市的建設(shè)以及人們生活水平得到了很大程度的進(jìn)度，以往普遍運(yùn)用的磚砌體結(jié)構(gòu)已不能滿足當(dāng)今人們的需要，加之人口增長(zhǎng)、舊城改造等任務(wù)的繁重，催促著建筑技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步。在已經(jīng)遍地高樓大廈的今天，安全首要放在第一位，城市改造可謂是牽一發(fā)而動(dòng)全身，這也成為了各地政府亟待解決的主要問題。在一些建筑風(fēng)貌重要的城市，相關(guān)部門會(huì)全力保護(hù)建筑物的風(fēng)貌，因此會(huì)根據(jù)建筑物的使用要求在不改變其風(fēng)貌的基礎(chǔ)上進(jìn)行加固和改造，托換結(jié)構(gòu)便由此得到了飛速的發(fā)展，同時(shí)結(jié)構(gòu)的綜合效益相當(dāng)高，滿足安全性、適用性和經(jīng)濟(jì)性三大原則。寬柱雙梁結(jié)構(gòu)體系最大的特點(diǎn)就是原有結(jié)構(gòu)的受力性能在托換階段不會(huì)發(fā)生改變，同時(shí)在托換后形成的新結(jié)構(gòu)體系中原有的結(jié)構(gòu)受力性能也不會(huì)發(fā)生改變。與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系相比，整體布置方便、簡(jiǎn)單靈活，在提高房間使用面積的同時(shí)，深受業(yè)主的青睞。鋼筋砼寬柱雙梁節(jié)點(diǎn)具有節(jié)約資源、環(huán)境友好、滿足社會(huì)需求的優(yōu)點(diǎn)，本文正是基于這種背景下，對(duì)改造后的房屋的抗震性能進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：寬柱雙梁;節(jié)點(diǎn);風(fēng)貌;抗震;研究

1? 起源背景

二十一世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)發(fā)生了多次重大地震，都造成了大量房屋的破壞、倒塌，導(dǎo)致了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。通過(guò)大量的破壞數(shù)據(jù)表明，主要是節(jié)點(diǎn)破壞尤其是節(jié)點(diǎn)受剪破壞。后來(lái)經(jīng)過(guò)專業(yè)學(xué)者的調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，房屋大多數(shù)破壞都是發(fā)生在梁柱節(jié)點(diǎn)處，未能實(shí)現(xiàn)“弱構(gòu)件、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”的設(shè)計(jì)原則，核心受力區(qū)的破壞形態(tài)主要是縱向鋼筋保護(hù)層剝落，中部核心區(qū)混凝土酥裂、脫落，柱中縱向鋼筋受壓向外彎曲，箍筋被混凝土向四周撐斷。

這次教訓(xùn)讓研究者深切認(rèn)識(shí)到節(jié)點(diǎn)抗震性能的重要性，因此節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方法的提出必須具有科學(xué)性和合理性，這樣推廣運(yùn)用可以更加的廣泛，更好的保證安全性，這樣我們才能夠進(jìn)步，不再重蹈覆轍。二十世紀(jì)八十年代，國(guó)內(nèi)外學(xué)者相繼展開了節(jié)點(diǎn)抗震性能的研究，開始了系統(tǒng)的對(duì)鋼筋混凝土平面框架中間中端節(jié)點(diǎn)以及錯(cuò)相位施加低周往復(fù)荷載的雙向受力節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

2? 節(jié)點(diǎn)研究帶來(lái)的認(rèn)知

通過(guò)鋼筋混凝土空間框架中節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)中梁筋粘結(jié)錨固性能對(duì)節(jié)點(diǎn)受剪承載力的影響較小，但是由于對(duì)節(jié)點(diǎn)的延性有較大的影響，接著對(duì)梁筋進(jìn)行滑移時(shí)，發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的耗能大大降低，但是延性和耗能能力有明顯不足。

雖然實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和方向不完全相同，參數(shù)上也存在一定的的差別，但最后都對(duì)鋼筋混凝土寬柱雙梁結(jié)構(gòu)的研究邁出了重要的一步，也為之后寬柱雙梁節(jié)點(diǎn)的研究提供了一定的基礎(chǔ)。寬柱雙梁是老舊建筑改造新興的一種理念，主要作用于建筑物的承重結(jié)構(gòu)上，保障寬柱核心區(qū)的受力特性，使其能夠最大程度的保證改造后的建筑安全，主要應(yīng)用于砌體結(jié)構(gòu)的改造過(guò)程，按照其使用材料的不同，可將其分為鋼筋混凝土托換技術(shù)和型鋼雙梁托換技術(shù)兩種;按照托換梁的數(shù)目可以將其分為單梁托換結(jié)構(gòu)和雙梁托換結(jié)構(gòu)?？蚣荏w系由寬柱、未拆除墻體、連接板、傳剪器、外貼墻體和節(jié)點(diǎn)等組成，即在改造過(guò)程中，在原結(jié)構(gòu)柱的周圍再增加一定的寬度，與雙梁形成組合結(jié)構(gòu)，在新增的雙梁之間，布置合理的連接鋼筋。

因此，對(duì)于節(jié)點(diǎn)抗震性能研究來(lái)說(shuō)提高節(jié)點(diǎn)的抗剪承載能力己經(jīng)成為其最重要一環(huán)。早在二十世紀(jì)初期，就有學(xué)者發(fā)現(xiàn)地震之后框架節(jié)點(diǎn)破壞程度很小，但是并未在抗震規(guī)范設(shè)計(jì)中對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行特性的規(guī)定。 規(guī)定依據(jù)于：房屋層數(shù)較少，梁柱尺寸較大，節(jié)點(diǎn)接觸體積也較大，帶來(lái)了更好的抗剪承載力，但這樣構(gòu)建在早期配筋率一般不會(huì)太高， 并且大多采用低碳鋼，具有很好的延性，但節(jié)點(diǎn)核心處的受力構(gòu)造并未引起人們的注意，這樣就在長(zhǎng)期使用后造成了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)配很少的箍筋，有時(shí)甚至連構(gòu)造箍筋也不配置，這樣施工更加簡(jiǎn)便。

3? 托換方案和原則要求

在二十一世紀(jì)初期，隨著社會(huì)需求的不斷變化托換技術(shù)開始廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)生活中，關(guān)于砌體結(jié)構(gòu)的改造加固的方法越來(lái)越多的使用托換技術(shù)。

托換結(jié)構(gòu)一般是將原來(lái)較小的空間砌體結(jié)構(gòu)通過(guò)托換加固變成更加安全、更加寬敞的框架結(jié)構(gòu)，因此方案的選擇就至關(guān)重要。托換方案通常要考慮以下三個(gè)原則：①托換后的結(jié)構(gòu)能夠滿足現(xiàn)代社會(huì)的使用功能要求;②加固后結(jié)構(gòu)的整體安全性不能夠削弱;③改造后的結(jié)構(gòu)和重建相比能夠獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)砌體結(jié)構(gòu)在擴(kuò)大空間的改造工程中具有較大的危險(xiǎn)性，所以選擇何種結(jié)構(gòu)是托換方案選擇考慮的重點(diǎn)。

4? 發(fā)揮夾墻和雙梁的協(xié)同作用

現(xiàn)如今大多數(shù)的研究節(jié)點(diǎn)主要集中于平面上，即梁和柱的荷載都在一個(gè)平面內(nèi)。節(jié)點(diǎn)的破壞往往是由于多種彎矩、內(nèi)力、扭轉(zhuǎn)、剪力等作用下引起的，梁柱節(jié)點(diǎn)一般在節(jié)點(diǎn)區(qū)域的柱子端部發(fā)生塑形破壞。最近幾年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)不同形式的空間節(jié)點(diǎn)展開了低周往復(fù)荷載下的抗震試驗(yàn)研究。基于試驗(yàn)研究重點(diǎn)分析節(jié)點(diǎn)的抗震性能、破壞特征、延性及耗能能力、受力機(jī)理，并對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和歸納。

通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，雖然平面節(jié)點(diǎn)增加了縱梁的寬敞空間，使得試件有了更好的抗剪承載力，但是與平面節(jié)點(diǎn)比較得知，該類節(jié)點(diǎn)的延性明顯比平面節(jié)點(diǎn)好，這是由于梁柱之間的連接產(chǎn)生了較小的滑移，現(xiàn)實(shí)中不能完美的連接，實(shí)驗(yàn)中對(duì)其進(jìn)行低周往復(fù)荷載的作用，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)域更容易發(fā)生剪切破壞。在低周往復(fù)荷載作用下，雙梁之間的夾墻部分在最開始就出現(xiàn)了開裂，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，這部分逐漸出現(xiàn)了嚴(yán)重的脫落。因此，在實(shí)際工程中應(yīng)該采取一定的措施使夾墻和雙梁能夠更好的協(xié)同工作，并采取一定的防護(hù)措施，避免夾墻脫落帶來(lái)的財(cái)產(chǎn)生命的損失。

5? 節(jié)點(diǎn)抗震性能研究

對(duì)于節(jié)點(diǎn)抗震性能的研究，為模擬節(jié)點(diǎn)在地震作用下的受力情況，一般有兩類加載方案：一種是柱端施加水平荷載或者位移，此時(shí)梁能左右移動(dòng)而上下受約束，模擬彎矩和剪力的產(chǎn)生;另一種加載方案是在梁的自由端施加豎直往復(fù)荷載或者位移，柱子保持垂直狀態(tài)，頂部施加荷載用來(lái)模擬軸力。這兩種加載方式都是通過(guò)加載端的變形來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)際地震的影響。

在抗震性能研究上，低周往復(fù)加載試驗(yàn)是研究節(jié)點(diǎn)抗震性能最直接的手段之一，但是由于試驗(yàn)觀測(cè)內(nèi)容以及研究的參數(shù)比較局限。利用有限元模型模擬分析節(jié)點(diǎn)在低周往復(fù)荷載作用下的受力情況可以作為試驗(yàn)研究的有效補(bǔ)充。寬柱雙梁節(jié)點(diǎn)構(gòu)件分別由三種材料屬性完全不同的混凝土、砌體和鋼筋構(gòu)成，而且混凝土本身的材料性能決定了其顯著的非線性特點(diǎn)，在荷載作用下易開裂，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在不同材料、結(jié)構(gòu)形式以及受力狀態(tài)下所發(fā)生的破壞形式也各具特點(diǎn)。主要表現(xiàn)為構(gòu)件破壞過(guò)程中的變形、裂縫出現(xiàn)的情況及構(gòu)件的破壞機(jī)理，不同構(gòu)造形式的構(gòu)件其破壞形式也各具特色。目前，國(guó)內(nèi)外主流的計(jì)算模型主要是依靠試驗(yàn)基礎(chǔ)加上理論分析或者根據(jù)純理論推導(dǎo)而出，導(dǎo)致大多數(shù)的計(jì)算模型各不相同，而且同一種形式的破壞機(jī)理也可能因?yàn)閿?shù)據(jù)的不同導(dǎo)致模型上的差異，而有限元分析方法有效的解決了這一問題。

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