CN105256892B - 一种增强抗剪承载力的框架梁柱及其制作方法 - Google Patents

一种增强抗剪承载力的框架梁柱及其制作方法 Download PDF

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本发明涉及一种增强抗剪承载力的框架梁柱结构及其制作方法，该框架梁柱结构包括框架梁和框架柱以及二者交界形成的节点，其特征是，所述框架梁柱节点的核心区及框架梁上与核心区相连的一倍有效梁高范围内设有至少两组相互平行的交叉加强筋且在交叉加强筋范围内浇筑有钢纤维混凝土结构，其余部位浇筑有常规混凝土结构，通过对受剪承载力、承载能力、延性系数的检测，证明钢纤维混凝土与交叉加强筋对上述性能具有协同增强效应。

Description

一种增强抗剪承载力的框架梁柱及其制作方法
技术领域
本发明属于钢筋混凝土建筑结构领域，涉及一种增强抗剪承载力的框架梁柱结构及其制作方法。
背景技术
多高层钢筋混凝土框架结构由于具有空间布置灵活，自重较轻，整体性好等优点而得到广泛的工程应用。在近几十年来国内外地震中，框架结构破坏现象屡有发生。如1976年唐山地震中钢筋混凝土框架结构震害率比其他结构类型低，现浇框架的震害主要集中在节点区。(框架节点专题组.低周反复荷载作用下钢筋混凝土框架梁柱节点核心区抗剪强度的实验研究[J].建筑结构学报,1983,25(6):17-21.)1995年日本Kobe地震中框架结构的梁柱节点处的破坏很严重。2008年汶川县地震中部分框架结构的节点箍筋被拉直。多次震害及研究表明，钢筋混凝土框架结构梁柱节点在地震作用下，节点受到水平、竖向剪力和弯矩的共同作用，受力相当复杂，是结构抗震中的薄弱部位。在地震作用下，框架梁柱节点核心区的剪力一般是柱子剪力的4-6倍，因此，节点核心区容易产生剪切破坏。同时，在往复荷载作用下，节点核心区容易发生梁纵筋的粘结滑移破坏，造成节点核心区的抗剪承载力降低。节点的破坏可能导致框架结构难以修复，甚至引起部分楼层或整个结构倒塌。法国抗震设计规范(REGLES,PS,1969)中的规定：“节点在地震中，为框架最易受伤的部分；对结构抗震来说，节点的研究比一般结构具有更重要的意义”。因此，节点核心区成为抗震设计中的关键部位。
发明内容
本发明的目的是解决上面存在的技术问题，提供一种增强抗剪承载力的框架梁柱及其制作方法。本发明提供的方法，可以提高现有钢筋混凝土框架梁柱的抗剪承载力，限制梁柱节点核心区混凝土开裂及裂缝发展延伸，提高梁柱节点的承载能力、变形能力及延性性能，从而改善梁柱节点的抗震性能。
本发明提供的框架梁柱包括框架梁和框架柱以及二者交界形成的节点，其特征是，所述框架梁柱节点的核心区及框架梁上与核心区相连的一倍有效梁高范围内设有至少两组相互平行的交叉加强筋，相邻两组交叉加强筋的间距取100mm和10倍交叉加强筋直径尺寸中的较小值，每组交叉加强筋由两根加强筋和至少两根定位箍筋组成，两根加强筋沿框架梁轴向在框架梁上交叉固定形成X形结构，且在框架梁上形成固定点，两根加强筋端部存在固定端，固定端的固定位置优先选择框架梁的上下纵筋，其次选择框架柱的纵筋，固定端的固定长度不小于抗震锚固长度，定位箍筋沿框架梁径向分别连接两条加强筋在框架梁上的固定点，定位箍筋优先设于靠近节点的核心区，且该梁柱节点的核心区及框架梁上与核心区相连的一倍有效梁高范围内灌满钢纤维混凝土；所述加强筋等级、直径与定位箍筋保持一致，所述钢纤维混凝土28天立方体标准抗压强度标准值大于65MPa，轴心抗拉强度标准值大于3.5MPa。
上述增强抗剪承载力的框架梁柱制作方法，包括以下步骤：
1)绑扎框架柱和框架梁钢筋：分别绑扎框架柱和框架梁的纵筋及箍筋，确保框架梁和框架柱的纵筋与其各自的箍筋相垂直，框架柱、框架梁的箍筋带有弯钩，且沿框架梁径向交错地布置于框架梁的角部。
2)绑扎交叉加强筋：将两根加强筋沿框架梁的轴向在节点核心区及其相连的一倍有效梁高范围内交叉固定，形成一组具有X形结构、固定点和四个固定端的交叉加强筋，固定端的固定位置优先选择框架梁的上下纵筋，其次选择框架柱的纵筋，固定端的固定长度不小于抗震锚固长度，然后，按照由近节点核心区到远节点核心区的顺序，在X形结构两端沿框架梁径向设置定位箍筋，来连接两根加强筋在框架梁上的固定点，形成一组交叉加强筋，其中定位箍筋至少为两根。交叉加强筋的数量至少为两组且相互平行，相邻两组交叉加强筋的间距取100mm和10倍交叉加强筋直径尺寸中的较小值，所述加强筋等级、直径与定位箍筋保持一致。
3)安装模板：固定在模板上的预埋件、预留孔按规定位置做好，且安装牢固；在浇筑混凝土之前，木模板浇水湿润，但模板内不能积水且保证模板接缝不漏浆。
4)安装钢纤维混凝土隔板：交叉加强筋与框架柱和框架梁的交界处均设置隔板。
5)同时浇筑钢纤维混凝土及常规混凝土：在交叉加强筋分布的框架梁范围内浇筑钢纤维混凝土，在框架柱和框架梁的其他位置浇筑常规混凝土。钢纤维混凝土为一种端钩形剪切钢纤维，长度为30-40mm，长径比为60-80，抗拉强度为800-1000MPa，体积百分掺量为1.0％-1.5％。常规混凝土为现行《混凝土结构设计规范》规定的混凝土，为保证混凝土浇筑的连续性，两种混凝土需要同时进行浇筑。
6)去掉钢纤维混凝土隔板：当两种混凝土振捣相对密实时，迅速去掉钢纤维混凝土隔板，然后将钢纤维混凝土与常规混凝土结合处继续振捣密实。
7)去除模板：当混凝土达到规范规定的强度时，去除掉围绕框架梁柱的木模板。
通过对框架梁柱节点进行拟静力试验研究，与现有框架梁柱节点进行对比，采用交叉加强筋和钢纤维混凝土对框架梁柱节点的核心区及框架梁上与核心区相连的一倍有效梁高进行增强的节点的受剪承载力提高29％，承载能力提高27％，延性系数提高39％，从而提高了框架梁柱节点的抗震性能。
附图说明
图1为实施例1所得的浇筑混凝土前框架梁柱的结构示意图。
图2为图1中交叉加强筋的结构示意图。
其中，1为框架柱，2为框架梁，3为框架柱纵筋，4为框架梁纵筋，5为框架柱箍筋，6为框架梁箍筋，7为节点核心区箍筋，8为交叉加强筋，81为加强筋，82为固定端，83为定位箍筋。
具体实施方式
实施例1
所选用的钢筋：
框架梁柱的纵筋采用600MPa级钢筋，其中框架梁纵筋的直径为18mm，屈服强度为654MPa，抗拉强度为810MPa；框架柱纵筋的直径为25mm，屈服强度为622MPa，抗拉强度为793MPa。
定位箍筋、框架梁柱的箍筋以及加强筋采用HRB400级钢筋，其屈服强度为453MPa，抗拉强度为616MPa，直径为10mm。
所选用混凝土：
选用C60级混凝土，常规混凝土立方体标准抗压强度为63MPa，轴心抗拉强度为2.9MPa；钢纤维混凝土立方体标准抗压强度为66.5MPa，钢纤维混凝土轴心抗拉强度为3.6MPa，钢纤维长度为40mm，钢纤维长径比为80，钢纤维抗拉强度为800MPa，钢纤维体积百分掺量为1.0％。
本实施例提供的框架梁柱如附图1和2所示，包括框架梁2和框架柱1以及二者交界形成的节点，在框架梁柱节点的核心区及框架梁2上与核心区相连的一倍有效梁高范围内设有两组相互平行的交叉加强筋8，二者间距为100mm，每组交叉加强筋8由两根加强筋81和两根定位箍筋83组成，两根加强筋81沿框架梁2轴向在框架梁2上交叉固定形成三个X形结构、四个固定点和四个固定端82，其中，中央X形结构两端分别设有一根定位箍筋83用来连接两根加强筋81在框架梁2上的固定点，固定端82固定在框架梁2的上下纵筋上，其固定长度大于抗震锚固长度为650mm，且该梁柱节点的核心区及框架梁2上与核心区相连的一倍有效梁高范围内灌满钢纤维混凝土，其余部位灌有常规混凝土。
本实施例提供的框架梁柱的制作方法如下：
1)绑扎框架柱1和框架梁2钢筋：分别绑扎框架柱1和框架梁2的纵筋及箍筋，其中框架柱纵筋3数量8根，框架梁纵筋4数量3根，确保框架梁2和框架柱1的纵筋与其各自的箍筋相垂直，所得框架柱1的截面尺寸为350mm×350mm，框架梁2的截面尺寸为300mm×400mm，节点核心区内框架梁柱的箍筋间距为75mm，其余部位框架梁柱的箍筋间距为100mm，框架柱1、框架梁2的箍筋带有弯钩，且沿框架梁2径向交错地布置于框架梁2的角部；
2)绑扎交叉加强筋8：将两根加强筋81沿框架梁2的轴向在节点核心区及其相连的一倍有效梁高范围内交叉固定，形成三个X形结构、四个固定点和四个固定端82，其中，中央X形结构两端分别设有一根定位箍筋83用来连接两根加强筋81在框架梁上的固定点，形成一组交叉加强筋8，其中固定端82的固定在框架梁2的上下纵筋上，其固定长度大于抗震锚固长度为650mm。
在框架梁2上，距离上述交叉加强筋8的100mm的位置，采用相同的方法绑扎第二组交叉加强筋。
3)安装模板：固定在模板上的预埋件、预留孔按规定位置做好，且安装牢固；在浇筑混凝土之前，木模板浇水湿润，但模板内不能积水且保证模板接缝不漏浆。
4)安装钢纤维混凝土隔板：交叉加强筋8与框架柱1和框架梁2的交界处均设置隔板。
5)同时浇筑钢纤维混凝土及常规混凝土：在交叉加强筋分布的框架梁范围内浇筑钢纤维混凝土，在框架柱和框架梁的其他位置浇筑常规混凝土。为保证混凝土浇筑的连续性，两种混凝土需要同时进行浇筑。
6)迅速去掉钢纤维混凝土隔板：当两种混凝土振捣相对密实时，迅速去掉钢纤维混凝土隔板，然后将钢纤维混凝土与常规混凝土结合处继续振捣密实。
7)去除模板：当混凝土达到规范规定的强度时，去除掉围绕框架梁柱的木模板。
实施例2-4
实施例2-4与实施例1基本相同，不同的参数及材料性能如表1所示。实施例2-4试验结果如表3所示。
表1实施例参数及材料性能
对比例1
本对比例所提供的框架梁柱与实施例1的区别在于，没有采用交叉加强筋8，且整体框架梁柱浇筑的均为常规混凝土，没有使用钢纤维混凝土。
其制作方法与实施例1相比，除了缺少绑扎交叉加强筋和钢纤维混凝土浇筑步骤外，其余均相同。
对比例2
与对比例1相比，本实施例增加了绑扎交叉加强筋8的步骤，其绑扎方法和实施例1相同，但交叉加强筋8的存在区域，只存在与框架梁柱的节点核心区，其余与对比例1相同。
对比例3
与对比例1相比，本实施例增加了节点核心区的钢纤维混凝土的浇筑步骤，其余与对比例1相同，表2给出了对比例1-3中区别之处不同的参数及材料性能。
表2对比例参数及材料性能
实施例1-4与对比例1-3通过拟静力加载方案测得的性能结果见表3，其拟静力加载程序为荷载-位移混合控制，柱顶施加的恒定的轴向力675kN。
表3实施例及对比例试验结果
通过对比实施例及对比例可以看出，采用交叉加强筋8和钢纤维混凝土对框架梁柱节点的核心区及梁上与核心区相连的一倍有效梁高进行增强的节点实施例3的受剪承载力比对比例1提高29％，承载能力提高27％，延性系数提高39％，实施例3的受剪承载力比对比例2提高15％，承载能力提高12％，延性系数提高13％，实施例3的受剪承载力比对比例3提高21％，承载能力提高14％，延性系数提高23％，可见采用交叉加强筋和钢纤维混凝土对框架梁柱节点的核心区及梁上与核心区相连的一倍有效梁高进行增强效果显著。
对实施例1的下列参数进行变换，钢纤维长径比lf/df为60-80；钢纤维体积百分掺量βf为0.8％-1.5％，交叉配筋组数n为3-5，进行24个实施例，拟合得到钢纤维混凝土与交叉加强筋协同工作增强系数αa。其结果αa大于1，证明钢纤维混凝土与交叉加强筋具有协同效应。
式中：Vj—表示节点的受剪承载力；
αa—表示钢纤维混凝土与交叉加强筋协同工作增强系数，取1.04-1.05，钢纤维体积掺量小于1.0％取低值，高于1.0％取高值；
βf—表示钢纤维体积百分掺量；
lf/df—表示钢纤维长径比；
αcv—表示斜截面混凝土受剪承载力系数；
ft—混凝土抗拉强度设计值；
b—表示截面宽度；
h0—表示有效截面高度；
fyv—箍筋的抗拉强度设计值；
Asv—配置在同一截面内箍筋各肢的全部截面面积；
s—沿构件长度方向的箍筋间距；
n—表示交叉加强筋组数；
fyx—表示交叉加强筋的抗拉强度；
Ax—单肢交叉加强筋的截面面积；
—表示交叉加强筋与水平面间的夹角。

Claims (5)

1.一种增强抗剪承载力的框架梁柱，包括框架梁和框架柱以及二者交界形成的节点，其特征是，所述框架梁柱节点的核心区及框架梁上与核心区相连的一倍有效梁高范围内设有至少两组相互平行的交叉加强筋，相邻两组交叉加强筋的间距取100mm和10倍交叉加强筋直径尺寸中的较小值，每组交叉加强筋由两根加强筋和至少两根定位箍筋组成，两根加强筋沿框架梁轴向在框架梁上交叉固定形成三个X形结构，且在框架梁上形成固定点，两根加强筋端部存在固定端，固定端的固定位置选择框架梁的上下纵筋或框架柱的纵筋，固定端的固定长度不小于抗震锚固长度，定位箍筋沿框架梁径向分别连接两条加强筋在框架梁上的固定点，定位箍筋设于靠近节点的核心区，加强筋等级、直径与定位箍筋保持一致，且该框架梁柱节点的核心区及框架梁上与核心区相连的一倍有效梁高范围内有浇筑的钢纤维混凝土结构，该钢纤维混凝土结构28天立方体标准抗压强度标准值大于 65MPa，轴心抗拉强度标准值大于 3.5MPa，其中的钢纤维为端钩形剪切钢纤维，长度为 30-40mm，长径比为 60-80，抗拉强度为800-1000MPa，体积百分掺量为 1.0%-1.5%，框架梁柱的其他部位有浇筑的常规混凝土结构，所述常规混凝土结构为《混凝土结构设计规范》规定的混凝土浇筑而成的结构。
2.根据权利要求 1 所述的一种增强抗剪承载力的框架梁柱，其特征是，所述交叉加强筋的数量为两组。
3.根据权利要求 1 所述的一种增强抗剪承载力的框架梁柱，其特征是，所述定位箍筋为 2 根。
4.根据权利要求 1 所述的一种增强抗剪承载力的框架梁柱，其特征是，所述加强筋固定端长度为 650mm。
5.根据权利要求 1 所述的一种增强抗剪承载力的框架梁柱，其特征是，所述的框架梁柱的制作方法包括以下步骤：（1）绑扎框架柱钢筋和框架梁钢筋；（2）绑扎交叉加强筋，具体的方法是，将两根加强筋沿框架梁的轴向在节点核心区及其相连的一倍有效梁高范围内交叉固定，形成一组具有三个X形结构、固定点和四个固定端的交叉加强筋，固定端的固定位置选择框架梁的上下纵筋或框架柱的纵筋，固定端的固定长度不小于抗震锚固长度，然后，按照由近节点核心区到远节点核心区的顺序，在中间的X形结构两端沿框架梁径向设置定位箍筋，来连接两根加强筋在框架梁上的固定点，形成一组交叉加强筋，其中定位箍筋至少为两根，交叉加强筋的数量至少为两组且相互平行，相邻两组交叉加强筋的间距取100mm和 10 倍交叉加强筋直径尺寸中的较小值，所述加强筋等级、直径与定位箍筋保持一致；（3）安装模板；（4）安装钢纤维混凝土隔板；（5）同时浇筑钢纤维混凝土及常规混凝土；（6）去掉钢纤维混凝土隔板；（7）去除模板。
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