内容提要国内外的震害表明,框架节点是结构抗震的一个薄弱环节,本书根据作者多年的研究成果和国内、外资料,系统地阐述了框架节点的受力机理和抗展性能(强度、延性、能量耗散、粘结销固等),详细介绍了各类仁架节点的抗震设计方法现浇框架节点;装配式枢架节点;预应力节点;轻骨料砼节点;钢纤维砼节点等最后还介绍了架节点抗震试验方法本书为我国有关框架节点抗履设计与研究的首部专著,可供筑结构抗震的设计、科研、施工技术人员和大专院校研究生、教师参考使用,The earthquake damages have shown that the reinforced concrete frameints can become the weakest links in the chain of earthquake resistanceBased on the informations obtained from authers investigations and fromother relevant literature, this book discusses mechanisms of shear resistanceand seismic behaviors (strength, stiffness, ductility, cnergy dissipationcapacity and bond characteristics, s) of beam-column joints, then it introducessystematically the seismie design of RC joints, including monolithic, precastprestressed, light-weight and steel fiber concrete. Finally, an experimentalmethod of beam-column joints subjected to reversed cyclic loading is describedThis book is a first text in seismic design and researches of Rc joint in ourcountryReadership Building Structural Engineers, Researchers, teacher s, postgraduat students钢筋混凝土框架节点抗震唐九如编著东南大学出版社出版南京四牌楼2号江苏省新华书店发行南京人民印刷厂印剧开本787×1092毫米1/16印张21,25字数54千字1989年10月第1版1989年10月第1次印刷ISBN7-81023-230-4TU·16定价:430元责任编辑:张新C 前言本书为系统介绍钢筋砼框架节点研究战果和抗震设计方法的一本专著。国内外大地震的震害表明,框榘节点是钢筋砼结构抗震的-个薄弱环节。国际上自60年代起即进行研究和探索。i976年我国唐山大地裳后,引起了国内同行对这一领城的重视并开展了不少研究工作。由北京市筑设计院和东南大学等单位组成的全国性框架节点专题研究组开展了系统的试验研究和工程实践,取得了良好的成果。作者自70年代初开始,即从事钢砼框架节点的研究工作。15年来,在历届研究生的配合下,先后进行了多种框架节点受力性能的试验研究,包括现浇砼框架节点,装配式齿槽梁柱节点,齿槽槽钢暗牛腿梁柱节点,升梁升板节点,预应力节点,轻骨料砼框架节点,劲性砼梁柱节点和钢纤维砼节点等,试验试件达143个。除试验研究外作者曾专程去唐山作过震害调查,做了4个试点工程和现场试验,有的工程还经受了唐山地震的考验积累了较丰富的第一手资料。钢觞砼现浇框架节点的研究成果已为我国新规范≮筑抗震设计规范》(GBJ11-89)和《砼结构设计规范》(GBJ10-89)所采纳,其它节点的设计议亦为部级规范和教材中所引用。作者有关节点的研究论文有15篇曾在国内刊物上发表,有6篇已在国际学术会议上宣读。研究成果曾于1978年获全国科学大会奖,于1987年获江苏省科技进步二等奖。为了给设计和研究人员提供较系统的学习资料,从1984年起作者在综合概括大量文献的基础上整理有关资料编成讲义。由于框架节点是一个新的学术领域,可供参考的书籍极少,编写时章节体系无所借鉴。经过几年的教学实践和补充修改,著成此书。本书共分五章,先从框架节点受力分析和破坏特征入手(第一章),全面阐述节点抗震的基本原理和要求(强度、变形、延性、耗散能量、粘结锚固……等)(第二章),使读者有个总的概念。然后在第三、四章中分别介绍各种现浇节点和装配式框架节点的受力性能和设计方法。其中,对我国新规范中第一次所列入的节点设计条款作了详细介绍,也对国外的一些计算方法作了简介以作对比和参考。为使读者对框架节点试验方法有所了解,还专门写了节点抗震试验方法章,以供在检验和研究节点性能时加以应用。全书内容注意理论与实际并重,既对节点受力性能加以介绍,也提供设计和构造方法,并附有例题以便参考。在编写本书的过程中,得到我国框架节点专题研究组各成员单位有关同志的大力协助。北京市筑设计院胡庆昌、徐云扉二位高级工程师,西安冶金筑学院姜维山教授,北京有色冶金设计研究总院周起敬高级工程师,冶金筑研究总院束继华高级工程师,中国筑科学研究院陈永春高级工程师,同济大学陈裕周老师等均提供了许多最新的研究资料,提出了不少宝贵的意见,在此谨向他们表示衷心的感谢。此外,在试验中得到东南大学结构试验室尤凤初、庞同和工程师等的协助。本书的底图由刘洪、李猗秾同志帮助描绘,陈雪红同志协助整理部分图稿,在此一并致谢。本书是作者为反映框架节点研究成果的初次尝试,期望它对我国工程和学术界能起到抛砖引玉的作用。限于本人水平,书中必定存在不少问题乃至错误,敬希各位专家和读者不吝批评指正,幸甚!庸九如于东南大学士木工程系1988年6月 序言早在50年代,对框架结构分析只是按计算简图考虑框架节点为刚性节点。此后,提出了节点的刚域和非刚性问题,但对节点区的受力性能则很少探讨。60年代以来,世界上一些大城市不断发生强烈地震钢筋混凝土框架节点震害的严重后果引起了人们的重视。美国、日本、新西兰、苏联等国家对框架节点的抗震性能相继开展研究。我国在70年代初期特别是唐山大地震后,在中国筑科学研究院的组织领导下开展了全国范围的研究工作。其中东南大学(原南京工学院)作为框架节点专题研究组主要参加单位在唐九如副教授的具体参加和领导下,进行了大量试验研究,取得了丰硕的成果,为制订我国新规范中的节点设计条款提供了科学依据。我国对框架节点抗震性能的研究虽然起步较晚,但成绩显著,在国际上受到普遍重视本书以震害调查及我国的试验研究为基础,结合节点抗震基本原理,对框架节点的抗震性能、构造做法进行深入分析,并综合了国外研究成果,对各类节点提出了具体的设计计算方法和构造要求。无疑,它对读者理解和应用我国新规范的节点抗震设计方法将有很大的帮助。由于框架节点在地震及竖向荷数的共同作用下受力情况非常复杂,目前在国际上仍属于热门的研究课题。此外由于各种新节点构造不断提出,也需要通过试验进行鉴定。著者根据多年实践经验提出比较完整和合理的试验分析方法,为今后试验研究提供了宝贵的资料。本书的问世是一件令人高兴的事。它既反映了我国近十余年来在框架节点抗震性能方面的究成果,也比较全面地反映了国际上的研究水平,内容十分丰富,是一部理论结合实际,可供设计者应用并能推动科研进展的优秀著作。胡庆昌北京市筑设计研究院1988年7月 第一章绪论s1-1框架节点分类、定义和范围框架节点是框架结构中不可分割的一部分。本书所谓的“框架节点”,主要是指承重框架中的梁柱节点。具体地说,主要是指框架梁与框架柱相交的节点核心区与邻近核心区的梁端和柱端框架节点与英文“ joint”、俄文"y3nu”、日文“刂·柱接合部”的含义相当。节点核心区在英文中常用“ joint core”或“ joint block”表达,也有单用“ fjoint'”表达的。“连接”、“接头所指的范围较广,与英文 Connection”、俄文“crKn”、日文“接合部”相当。为了明确含义,本书对梁柱交会的那一段范围一律称为“节点”。其他部位乃采用“接头”、“连接”、接缝”等名词。为什么要将节点包括邻近核心区的一段梁端和柱端呢?这是因为框架受力后,各种内力是通过梁端和柱端传到节点核心上去的,梁柱的截面尺寸和梁端及柱端的配筋构造对节点核心的受力性能有直接的影响,而节点核心区的构造也影响到邻近的梁端和柱端的强度、刚度和锚固性能。因此,节点核心区与邻近的梁端和柱端是有紧密联系的一个结构单元。在试验研究和设计时都要统一考虑这个范围的情况,加以研究。大家知道,在工业与民用筑中,钢筋砼框架结构获得广泛应用。常用的框架结构有三种体系。即:内框架、纯框架和框架剪力墙结构体系。不论何种框架结构,都有框架节点。节点是一个重要的结构部位,它在框架中起着传递和分配内力、保证结构整体性的作用。纯框架结构的节点受力大,要求严。框-剪结构中由于水平力主要由剪力墙承担,节点的受力比纯框架中的略小,要求可适当放宽。至于装配式框架,节点更是一个薄弱环节。实践表明,节点的受力状况比梁、柱构件更为复杂,有专门研究的必要二、按节点所在位量分类节点是框架中的一个结构部位。梁和柱相交的地方就形成一个节点。一个平面框架就有四种基本型式的节点(见图1-1)。即:顶层边柱节点(r型);顶层中柱节点(T型)边柱节点(T型);中柱节点(+型)。实际工程中,多为空间框架,与框架平面相垂直的一侧或二侧还有纵向直交梁。这样组合起来,就有10种不同形状的节点。上述四种基本型式的节点,由于节点处梁柱数目的比例不同,节点的受力状况也是不一样的。例如:顶层边柱r型节点是一个拐角节点,受荷后节点受到张开或闭合的弯矩,而梁柱的钢筋都要在核心区铺固,受力比较复杂,节点核心容易发生破坏。T型节点是顶层的中柱节点,梁筋可以直通锚固。在水平荷载下,柱子的抗弯能力要比梁的抗弯能力弱,因网2.、C 纵梁b主梁图1-1框架节点类型(a)顶层边柱节点;(b)顶层中柱节点;(c)边柱节点,(d)中柱节点此,柱端容易出现塑性铰。对于←型的边节点,柱子抗弯能力较大,强柱弱梁比较容易满足,但梁筋的锚固是一个问题,常常容易发生梁筋和柱筋的粘结滑移框架四角的角柱节点受力最为不利。而十字形的中柱节点由于四周有梁的约束,比较安全,但是在强烈地震作用下,节点两侧梁端可能均达到屜服,这样节点会受到很大的剪力,容易发生核心区剪切破坏,如此等等。目前,国内外对中柱节点和边节点研究得较多,而对顶层拐角节点和顶层中节点研究得很少。三、按所用材料和施工方法分类1现浇节点:这是目前广泛采用的普通钢筋混凝土节点。使用的是重混凝土,强度等级一般为C20~C40,钢筋Ⅰ~Ⅱ级。即使是这样的节点,也还有许多问题要进行研究,例如节点的强度计算、锚固、刚度降低对结构的影响等,这是目前国际上研究得最多的一种节点,本书将在第三章详细介绍。2装配式节点:随着装配式框架的采用,出现了大量的装配式节点型式。在国内外装配式的梁柱节点就有二三十种之多,采用的构造和连接方法也多种多样。与现浇节点相比,装配式节点的整体性较差,为了形成刚节点,往往要通过预埋件焊接、灌浆等措施。构件制作上的误差给节点装配带来困难,焊接质量不良又影响节点的强度和延性。特别是震性能如何已成为迫切需要研究的问题。本书将在第四章介绍和讨论这些问题。3-预应力节点:在采用预应力框架之后,就出现了预应力梁柱节点。或者为了提高现浇或装配式节点的强度而专门对节点施加预应力。但是预应力对节点的作用是否有利?在什么情况下采用?在什么部位加预应力比较合理?预应力对节点强度和延性的影响如何?采用无粘结预应力筋的效果如何?这些问题都未得到完全解决。据国内外的初步研究证明:采用合适的预应力可以提高节点的抗剪强度,但是在我国尚没有提出相应的计算方法和构造规定。网2.、C 4轻砼节点:采用轻骨料后,节点的性能将如何变化?这已成为工程实际中提出的课题国内外只做过少量试验,认为在强度上要比普通砼节点低些;钢筋与混凝土的粘结性能也差一些。在我国,轻混凝土骨料多用陶粒、矿渣、浮石等,我们正在积极地从事轻砼节点性能的研究,以适应生产设的需要5钢纤维砼节点:试验和工程实践已经证明,采用钢纤维砼可以大大提高砼的抗拉强度,增加延性,提高粘结强度。在节点中应用钢纤维砼可以发挥其优点,从而减少节点内的钢筋用量,这项研究工作也在进行中。6劲性砼节点:随着高层、超高层筑的发展,为了减小底部构件尺寸和改善结构的抗震性能,除采用高强砼和高强钢筋外,还采用劲性钢材(型钢)。当柱子中采用了劲性钢材之后,节点的性能将发生较大的变化。在我国,近年来还研究和推广钢管砼结构和外包钢结构,产生了钢管砼节点和外包钢梁柱节点。这些组合结构的节点性能均需进行研究。四、按构造型式分类框架节点是柱子的一部分,又是梁的支座。由于采用不同的框架结构型式,梁支座的型式也有不同,而产生各种构造不同的节点。在我国使用较多的有以下8种(图1-2):1现浇无牛腿节点2现浇加腋梁节点:由于增加了梁腋,对节点核心的约束加强了,也改善了梁端的受力性能,对抗震是有利的可用于现浇结构,也可用于装配式结构。预应力筋采用后张法施工。明牛踞节点,多用于装配式或装配整体式厂房,具有承载能力大受力可靠,节点刚性好,施工安装方便等优点。通过梁顶钢筋与柱中预埋钢筋的焊接、梁底与牛腿预埋钢板的焊接以及二次灌注混凝士形成刚性节点5暗牛腿节点:用于不希望牛腿外露于室内的轻工业厂房和民用房屋中。暗牛腿可以是混凝土的,也可以是预埋型钢制成的。暗牛腿强度至少要能够承受施工阶段的各种荷载。梁端峡处要进行强度验算和构造处理。施工过程与明牛腿节点类似。6齿槽节点:也是一种无牛腿的装配整体式框架节点,其特点是利用混凝土的齿槽传递梁端倚载。其施工过程是:制作构件时先在梁端和柱侧留下齿状凹槽,结构安装时梁瘡时搁在支托上,焊接好纵向受力钢筋,在梁柱接缝处设置籀筋,然后浇注细石混凝土。待后浇混凝士达到设计强度后,可拆除临时支托,由节点承受设计荷载。由于节点刚度较,可用于设防烈庄为7度的中等荷载的工业与民用框架结构中。7走压浆镇式节点:用于民用房屋的一种装配-整体式梁柱节点。预制梁搁在下柱上,上娃和下柱的柱一般不多于4根,皆穿过梁端的预留孔,然后将柱筋少量搭接焊,由预留灌入水泥砂家,最后浇注迭合层混凝土。这种节点的柱子预留钢筋位置及长度必须正确,丁要求较严格。8整浇装配式节点:可用于设防烈度7~8度地震区的多层框架结构。特点是节点核心区与后浇迭合层一起浇成整体。梁上部钢筋可以不必焊接。当迭合层混凝土达到一定强度后,再安装上柱,并把上、下柱的柱筋焊接,绑上柱端箍筋,最后将上柱的小柱头处灌浆五、搜抗震要求分类4非抗震节点:是指造在非地震区的框架节点,或在地震区但不是承重框架中的节网2.、C 焊接预应力筋焊接焊接焊接暗牛腿槽素材U. 上柱后浇砼后浇砼下柱1)现浇节点(2)现浇加梁节3)预应力节点(4)明牛腿节点;(5)暗牛腿节点(6)齿槽节点(7)选压浆错式节点;(8)整浇装配式节点点,这种节点主要承受竖向荷载,而不承受大的反复作用的水平荷载。这样,节点只要满足强度上要求而没有明显的非弹性变形,节点内的钢筋一般不会屈服,不致发生过大的滑移2·抗震节点:是指那些抗震框架中的节点,它不仅满足使用阶段的荷载要求,而且能在预定的地震袭击下,当节点所连接的梁柱构件,在反复变形进入非弹性阶段,即进入弹塑性阶段后仍能维持传递竖向荷载的能力。也就是说,在框架进入弹塑性阶段后,节点也发生较大的变形(开裂)时,仍能维持传递压力、剪力和弯矩。这就要求研究在节点钢筋屈服以后强度和刚度的降低以及粘结退化等间题,从而保证结构的安全。这是目前国际上主要的研究对象。网2.、C
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