建筑工程中框架柱損傷破壞表觀特征與受力機(jī)理分析論文

　　摘 要：通過對(duì)框架柱中的角柱、中柱、邊柱從各自的位置特點(diǎn)、損傷破壞表觀狀況及受力機(jī)理等方面進(jìn)行了研究總結(jié)，為針對(duì)不同位置損傷框架柱制定不同加固方案提供理論支持。

　　關(guān)鍵詞：邊柱；中柱；角柱；破壞現(xiàn)象；受力機(jī)理。

　　1、前 言

　　實(shí)際加固工程案例中，柱構(gòu)件的加固案例最多，為構(gòu)件加固的重中之重。在制定加固方案時(shí)，不僅要考慮損傷柱的損傷特征，還要弄清其破壞機(jī)理等。另外，不同的加固方案有其不同的特點(diǎn)，因此其針對(duì)性也不同。本文考慮到角柱、中柱、邊柱，因其位置不同，柱的受力、構(gòu)造和破壞特點(diǎn)、產(chǎn)生原因等也不盡相同，進(jìn)而制定加固方案時(shí)要有針對(duì)性。因此本文對(duì)這些方面進(jìn)行了總結(jié)，以期為針對(duì)性制定損傷柱的加固方案提供理論依據(jù)。

　　2、角柱、中柱、邊柱的定義

　　2.1、角柱的定義[1~2]角柱一般情況下是指建筑物四角的柱，對(duì)于一些門廳、雨棚下邊的某些柱，也可能屬于角柱。角柱幾乎均等的承受兩個(gè)方向的地震作用，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要考慮雙向偏壓還要考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響，因此給彎矩和剪力設(shè)計(jì)值相應(yīng)的乘以增大系數(shù)1.1。

　　2.2、中柱的定義[1~2]鋼筋混凝土框架中柱即處于框架中間，柱四個(gè)方向都有梁連接的柱子，由于受力相對(duì)簡單，各種規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)并沒有給出特殊規(guī)定。

　　2.3、邊柱的定義[1~2]邊柱即柱子空間三個(gè)水平方向上有梁拉結(jié)的柱子。相對(duì)于中柱來說，邊柱處于建筑物的邊緣位置，受力情況急所處環(huán)境影響較中柱復(fù)雜，但我國當(dāng)前的規(guī)范中，并沒有對(duì)針對(duì)邊柱有一些特殊的要求，而是對(duì)中柱和邊柱同等對(duì)待，軸壓比及其他的一些構(gòu)造要求都是相同的。

　　3、角柱、中柱、邊柱的破壞形式

　　3.1、角柱的損傷破壞形式

　　角柱在實(shí)際工程中的損傷破壞表觀特征如圖1所示。

　　圖1 RC框架角柱的損傷破壞現(xiàn)象

　　損傷特征描述如下[3]：（a）柱頭混凝土保護(hù)層變形脫落，混凝土有輕微壓酥，鋼筋屈服變形；（b）柱端混凝土完全壓酥、粉碎，箍筋已拉脫變形，柱頂形成塑性鉸，柱體成傾斜狀，幾乎與建筑脫離。

　　3.2、中柱的損傷破壞形式

　　中柱在實(shí)際工程中的損傷破壞表觀特征如圖2所示。

　　圖2 RC框架中柱的損傷破壞現(xiàn)象

　　損傷特征描述如下[3]：（a）柱頂裝飾層脫落，保護(hù)層與部分混凝土碎裂，縱筋外露，部分壓屈變形；（b）柱身中部混凝土大面積壓酥、成塊分離，縱筋箍筋彎曲變形。

　　3.3、邊柱的損傷破壞形式

　　邊柱在實(shí)際工程中的損傷破壞表觀特征如圖3所示。

　　圖3 RC框架邊柱的損傷破壞現(xiàn)象

　　（a）柱頂裝飾層脫落，保護(hù)層與部分混凝土碎裂，縱筋外露，部分壓屈變形；（b）柱身中部混凝土大面積壓酥、成塊分離，縱筋箍筋彎曲變形。

　　4、框架柱受力破壞機(jī)理分析

　　從受力機(jī)理角度出發(fā)，結(jié)合國內(nèi)外學(xué)者的試驗(yàn)研究及工程實(shí)例的總結(jié)[4]，柱子破壞主要分為以下8種典型的受力破壞形式。

　　如圖4所示。

　　圖4鋼筋混凝土柱的受力破壞形式

　　（1）對(duì)于角柱，處于壓、彎、剪復(fù)合受力，無地震作用下，由于所處位置的特殊性，一般會(huì)以小偏心受壓形式破壞如圖4（b），若箍筋無加密，或者配置不合理，很容易出現(xiàn)各種受剪等脆性破壞形式如圖4（d），4（e），4（g），4（i）。在地震作用時(shí)，由于角柱得幾乎均等承受兩個(gè)方向的水平地震作用，所以地震作用疊加，會(huì)對(duì)角柱造成更嚴(yán)重的破壞，如圖4（f）。

　�。�2）中柱的受力破壞形式，一般為軸心受壓破壞類型如圖4（a），但在一些特殊情況下，有可能在承受豎向荷載和不平衡彎矩共同作用下，節(jié)點(diǎn)處破壞形態(tài)可能會(huì)出現(xiàn)剪切破壞如圖4（d）。

　�。�3）邊柱的受力破壞形式，一般為偏心受壓破壞類型如圖4（b）~（c），但剪力過大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)圖4中的剪切破壞，在地震作用下也會(huì)出現(xiàn)粘結(jié)破壞等。

　　5、鋼筋混凝土柱的損傷原因分析

　　5.1、設(shè)計(jì)方面[5]改革開放以前，我國規(guī)范中規(guī)定的梁、柱鋼筋最小用量比國外來低一倍以上。結(jié)構(gòu)抗震除了設(shè)防烈度較低以外，在抗震設(shè)計(jì)計(jì)算方法和構(gòu)造規(guī)定上都比國外保守。技術(shù)層面，箍筋在配置時(shí)未加密，或直徑取值偏小，造成約束縱筋能力減弱，很容易造成柱端、柱底鋼筋網(wǎng)呈燈籠狀，或者箍筋直接拉斷、柱子內(nèi)部炸裂，外部混凝土酥碎；未考慮罕遇地震下結(jié)構(gòu)的彈塑性變形，層間位移值偏大，柱的配筋量和軸壓比等抗震構(gòu)造措施不足，柱頂鋼筋屈服形成塑性鉸或者柱端配筋少，柱子破壞先于梁端，形成強(qiáng)梁弱柱。

　　5.2、施工方面[6]箍筋或縱筋直徑私自改��；箍筋間距疏密不均；混凝土強(qiáng)度等級(jí)不足，抵抗力不足，軸壓比沒達(dá)到要求；因外保護(hù)層厚度過高，柱的抗壓區(qū)高度及抗彎承載能力減��；節(jié)點(diǎn)處柱箍筋接頭不到位，在大荷載作用下，箍筋壓屈破壞脫落；節(jié)點(diǎn)處混凝土質(zhì)量較差，不能與鋼筋形成較好的握裹力，使節(jié)點(diǎn)極易破壞；梁柱節(jié)點(diǎn)由于縱筋配置過多、直徑過大，箍筋加密，澆灌混凝土?xí)r，沒有按正常施工順序，造成中部沒有振搗密實(shí)，有影響承載力的的空洞等缺陷。

　　6、結(jié) 語

　　（1）角柱所處建筑地位特殊，為建筑物橫縱雙向提供剛度支持，承受雙向地震作用，按雙向偏壓構(gòu)件計(jì)算，要考慮扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，因?yàn)橐坏┦軗p，整個(gè)建筑物都處于危險(xiǎn)之中。規(guī)范就對(duì)角柱增加各種嚴(yán)格的限制條款。其表觀破壞特征也較中柱、邊柱嚴(yán)重，其受力破壞形式一般都為脆性破壞，如小偏壓破壞，粘結(jié)破壞，各種剪切破壞。

　�。�2）中柱由于所處建筑物中部，由于與柱連接的梁對(duì)稱規(guī)則，所以柱的受力也相對(duì)簡單，破壞狀態(tài)多表現(xiàn)為混凝土柱中部壓碎破壞，這正是軸心受壓、大偏心受壓破壞等延性破壞類型。所以加固時(shí)多按軸心受壓構(gòu)件進(jìn)行。

　�。�3）邊柱在建筑物外圍，受力情況較中柱復(fù)雜，且數(shù)量眾多，破壞的時(shí)候也都出現(xiàn)類似角柱的脆性破壞類型，如小偏壓破壞，粘結(jié)破壞等。

　　（4）在制定加固方案時(shí)，若有兩種加固方案：增大截面法和外包型鋼法[7]可供選擇，那么針對(duì)邊柱和角柱，因其受震破壞形式較嚴(yán)重，可選用加固后抗震性能較優(yōu)良的外包型鋼法；而對(duì)于中柱，增大截面法更適合其破壞特征和原因。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]中國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部、中國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局《.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

　　[2]中國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部、中國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局《.建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.

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　　[6]韓麗霞，金德保，莫 庸.鋼筋混凝土多層框架柱震害初步分析———汶川大地震都江堰災(zāi)區(qū)鋼筋混凝土多層框架柱震害考察的思考[J].工程抗震與加固改造，2008（04）：41~44.

　　[7]中國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部、中國質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局《.混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50367-2013）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.

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