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建筑工程中框架柱损伤破坏表观特征与受力机理分析

时间:2017-06-20 16:05作者:学位论文网
本文导读:这是一篇关于建筑工程中框架柱损伤破坏表观特征与受力机理分析的文章,摘 要:通过对框架柱中的角柱、中柱、边柱从各自的位置特点、损伤破坏表观状况及受力机理等方面进行了研究总结,为针对不同位置
  

  摘 要:通过对框架柱中的角柱、中柱、边柱从各自的位置特点、损伤破坏表观状况及受力机理等方面进行了研究总结,为针对不同位置损伤框架柱制定不同加固方案提供理论支持。

  关键词:边柱;中柱;角柱;破坏现象;受力机理。

  1、前 言

  实际加固工程案例中,柱构件的加固案例最多,为构件加固的重中之重。在制定加固方案时,不仅要考虑损伤柱的损伤特征,还要弄清其破坏机理等。另外,不同的加固方案有其不同的特点,因此其针对性也不同。本文考虑到角柱、中柱、边柱,因其位置不同,柱的受力、构造和破坏特点、产生原因等也不尽相同,进而制定加固方案时要有针对性。因此本文对这些方面进行了总结,以期为针对性制定损伤柱的加固方案提供理论依据。

  2、角柱、中柱、边柱的定义

  2.1、角柱的定义[1~2]角柱一般情况下是指建筑物四角的柱,对于一些门厅、雨棚下边的某些柱,也可能属于角柱。角柱几乎均等的承受两个方向的地震作用,设计时不仅要考虑双向偏压还要考虑扭转效应的影响,因此给弯矩和剪力设计值相应的乘以增大系数1.1。

  2.2、中柱的定义[1~2]钢筋混凝土框架中柱即处于框架中间,柱四个方向都有梁连接的柱子,由于受力相对简单,各种规范标准并没有给出特殊规定。

  2.3、边柱的定义[1~2]边柱即柱子空间三个水平方向上有梁拉结的柱子。相对于中柱来说,边柱处于建筑物的边缘位置,受力情况急所处环境影响较中柱复杂,但我国当前的规范中,并没有对针对边柱有一些特殊的要求,而是对中柱和边柱同等对待,轴压比及其他的一些构造要求都是相同的。

  3、角柱、中柱、边柱的破坏形式

  3.1、角柱的损伤破坏形式

  角柱在实际工程中的损伤破坏表观特征如图1所示。

图1 RC框架角柱的损伤破坏现象
图1 RC框架角柱的损伤破坏现象

  损伤特征描述如下[3]:(a)柱头混凝土保护层变形脱落,混凝土有轻微压酥,钢筋屈服变形;(b)柱端混凝土完全压酥、粉碎,箍筋已拉脱变形,柱顶形成塑性铰,柱体成倾斜状,几乎与建筑脱离。

  3.2、中柱的损伤破坏形式

  中柱在实际工程中的损伤破坏表观特征如图2所示。

图2 RC框架中柱的损伤破坏现象
图2 RC框架中柱的损伤破坏现象

  损伤特征描述如下[3]:(a)柱顶装饰层脱落,保护层与部分混凝土碎裂,纵筋外露,部分压屈变形;(b)柱身中部混凝土大面积压酥、成块分离,纵筋箍筋弯曲变形。

  3.3、边柱的损伤破坏形式

  边柱在实际工程中的损伤破坏表观特征如图3所示。

图3 RC框架边柱的损伤破坏现象
图3 RC框架边柱的损伤破坏现象

  (a)柱顶装饰层脱落,保护层与部分混凝土碎裂,纵筋外露,部分压屈变形;(b)柱身中部混凝土大面积压酥、成块分离,纵筋箍筋弯曲变形。

  4、框架柱受力破坏机理分析

  从受力机理角度出发,结合国内外学者的试验研究及工程实例的总结[4],柱子破坏主要分为以下8种典型的受力破坏形式。

  如图4所示。

图4钢筋混凝土柱的受力破坏形式
图4钢筋混凝土柱的受力破坏形式

  (1)对于角柱,处于压、弯、剪复合受力,无地震作用下,由于所处位置的特殊性,一般会以小偏心受压形式破坏如图4(b),若箍筋无加密,或者配置不合理,很容易出现各种受剪等脆性破坏形式如图4(d),4(e),4(g),4(i)。在地震作用时,由于角柱得几乎均等承受两个方向的水平地震作用,所以地震作用叠加,会对角柱造成更严重的破坏,如图4(f)。

  (2)中柱的受力破坏形式,一般为轴心受压破坏类型如图4(a),但在一些特殊情况下,有可能在承受竖向荷载和不平衡弯矩共同作用下,节点处破坏形态可能会出现剪切破坏如图4(d)。

  (3)边柱的受力破坏形式,一般为偏心受压破坏类型如图4(b)~(c),但剪力过大时,会出现图4中的剪切破坏,在地震作用下也会出现粘结破坏等。

  5、钢筋混凝土柱的损伤原因分析

  5.1、设计方面[5]改革开放以前,我国规范中规定的梁、柱钢筋最小用量比国外来低一倍以上。结构抗震除了设防烈度较低以外,在抗震设计计算方法和构造规定上都比国外保守。技术层面,箍筋在配置时未加密,或直径取值偏小,造成约束纵筋能力减弱,很容易造成柱端、柱底钢筋网呈灯笼状,或者箍筋直接拉断、柱子内部炸裂,外部混凝土酥碎;未考虑罕遇地震下结构的弹塑性变形,层间位移值偏大,柱的配筋量和轴压比等抗震构造措施不足,柱顶钢筋屈服形成塑性铰或者柱端配筋少,柱子破坏先于梁端,形成强梁弱柱。

  5.2、施工方面[6]箍筋或纵筋直径私自改小;箍筋间距疏密不均;混凝土强度等级不足,抵抗力不足,轴压比没达到要求;因外保护层厚度过高,柱的抗压区高度及抗弯承载能力减小;节点处柱箍筋接头不到位,在大荷载作用下,箍筋压屈破坏脱落;节点处混凝土质量较差,不能与钢筋形成较好的握裹力,使节点极易破坏;梁柱节点由于纵筋配置过多、直径过大,箍筋加密,浇灌混凝土时,没有按正常施工顺序,造成中部没有振捣密实,有影响承载力的的空洞等缺陷。

  6、结 语

  (1)角柱所处建筑地位特殊,为建筑物横纵双向提供刚度支持,承受双向地震作用,按双向偏压构件计算,要考虑扭转效应,因为一旦受损,整个建筑物都处于危险之中。规范就对角柱增加各种严格的限制条款。其表观破坏特征也较中柱、边柱严重,其受力破坏形式一般都为脆性破坏,如小偏压破坏,粘结破坏,各种剪切破坏。

  (2)中柱由于所处建筑物中部,由于与柱连接的梁对称规则,所以柱的受力也相对简单,破坏状态多表现为混凝土柱中部压碎破坏,这正是轴心受压、大偏心受压破坏等延性破坏类型。所以加固时多按轴心受压构件进行。

  (3)边柱在建筑物外围,受力情况较中柱复杂,且数量众多,破坏的时候也都出现类似角柱的脆性破坏类型,如小偏压破坏,粘结破坏等。

  (4)在制定加固方案时,若有两种加固方案:增大截面法和外包型钢法[7]可供选择,那么针对边柱和角柱,因其受震破坏形式较严重,可选用加固后抗震性能较优良的外包型钢法;而对于中柱,增大截面法更适合其破坏特征和原因。

  参考文献
  [1]中国住房与城乡建设部、中国质量监督检验检疫总局《.混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.
  [2]中国住房与城乡建设部、中国质量监督检验检疫总局《.建筑抗震设计规范》(GB50010-2010)[S].北京:中国建筑工业出版社,2010.
  [3]马 颖.钢筋混凝土柱地震破坏方式及性能研究[D].大连理工大学,2012.
  [4]金仁和,刘细林.地震作用下钢筋混凝土柱破坏形式及机理分析[J].茂名学院学报,2008(06):69~73.
  [5]陈肇元.安全第一还是节约第一———必须大幅度提高建筑结构设计的安全度[J].中国改革,1999(03):20~22.
  [6]韩丽霞,金德保,莫 庸.钢筋混凝土多层框架柱震害初步分析———汶川大地震都江堰灾区钢筋混凝土多层框架柱震害考察的思考[J].工程抗震与加固改造,2008(04):41~44.
  [7]中国住房与城乡建设部、中国质量监督检验检疫总局《.混凝土结构加固设计规范》(GB50367-2013)[S].北京:中国建筑工业出版社,2013.

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