基于无箍筋钢骨混凝土（SRC）节点受力性能研究

1、基于无箍筋钢骨混凝土（SRC）节点受力性能研究摘要：在试验的基础上分析了SRC节点中箍筋作用和无箍筋SRC节点的可行性，研究了无箍筋SRC加厚腹板节点滞回性能和承载力，结果表明：无箍筋加厚腹板 SRC节点的变形能力和延性性能能够满足建筑结构的要求，在那些不便于再配置箍筋的节点中，可以考虑省去箍筋。关键词：SRC节点无箍筋受力性能 加厚腹板 承载力1 引言 节点是连接框架梁和柱的关键部位，梁和柱的内力和变形通过节点传递，因此节点的安全可靠是保证结构正常工作的前提。SRC梁、柱节点核心区为梁型钢、纵筋和柱型钢、纵筋交汇处，钢材密集，在其间配置箍筋比较困难，同时箍筋的存在要削弱梁或柱型钢腹板强度（例

2、如翼缘板穿孔等），且难以保证混凝土浇筑过程中的施工质量。是否能可以省去节点核心区的箍筋而又保证节点的安全可靠，本文从SRC节点中箍筋的作用、无箍筋SRC节点的滞回性能分析及无箍筋SRC节点的承载力计算和相关补强措施进行分析研究。 2 SRC节点中箍筋的作用 在RC节点内设置箍筋有三种功能【1】：抗剪、约束混凝土和防止柱筋压曲，而SRC节点中的箍筋所起的作用与之有所区别。梁柱节点专题组对SRC节点有、无箍筋的效果进行了比较。试验表明，SRC节点中箍筋的作用与RC节点中箍筋的作用有一些差别，主要表现在： （1）虽然SRC节点内配置的箍筋能承担一部分节点剪力，但其抗剪作用主要在型钢腹板屈服以后才发挥

3、出来；（2）它使核心区裂缝宽度和混凝土的剪切变形有所减小，并延缓了节点的破坏过程。 参考文献【2】一组有、无箍筋的SRC节点对比试验表明，在型钢屈服之前，无论核心区有无箍筋，型钢与混凝土的变形是协调一致的。在型钢屈服后，无箍筋的试件混凝土剪切变形随着循环次数的增加而增加，最后达到型钢剪切变形量的2倍（图1（a）；而有箍筋的试件，混凝土与型钢的变形始终协调一致（图1（b）。从滞回曲线上可看到，有箍筋试件的承载力和变形能力略有提高。 图1节点箍筋对剪切变形的影响 值得注意的是，不配箍筋的 SRC节点的变形能力和延性性能已经能满足建筑结构的要求，所以在那些不便于再配置箍筋的节点中，可以考虑省去箍筋。

4、 3无箍筋SRC节点可行性分析 3.1 无箍筋SRC节点的相关试验 为了证实这种无箍筋SRC节点构造的可行性，了解节点核心区范围内不配置箍筋时是否影响其变形能力与耗能能力，日本进行过加厚腹板取代配箍的试验研究【3】。 （1）试件形式如图2所示，其中试件1有箍筋，试件2无箍筋，但其腹板厚度为试件1的2倍。试件3与试件2基本相同，仅增设了柱纵筋的斜向拉结筋，用来防止纵筋纵向压曲。变形能力对比如图3所示，耗能能力对比如图4所示，滞回曲线对比如图5所示。 从上图可看出，3个试件在承载力、变形能力和耗能能力都是相近的，即：未配置箍筋并加厚腹板的SRC节点的滞回曲线与配置箍筋的滞回曲线相近，虽然屈服后承载

5、力下降率稍差，但远强于RC节点，能满足建筑结构的要求。这说明，可以用加厚节点腹板的方法来省去不必要、却带来很大麻烦的箍筋。在一定条件下，可以用加厚腹板并增设斜向拉结钢筋的方法来取代SRC节点箍筋的作用。 3.2箍筋对SRC节点受力性能的影响 通过无箍筋节点与有箍筋节点的滞回曲线的比较（图6）可知，箍筋对SRC节点极限抗剪承载力的影响很小，其原因是因为只有当腹板屈服后，进入塑性流动状态时，箍筋的应变才增大，才能发挥出其抗剪性能作用【4】。 图6有、无箍筋节点滞回曲线的比较 由图6有箍筋SRC节点与无箍筋SRC节点（加厚腹板）滞回曲线可以看出，无箍筋节点的滞回曲线比较丰满，外包线面积大，故其耗能能

6、力也较大。但与普通型钢SRC有箍筋节点相比，其滞回曲线稍有捏缩现象，略呈倒S形。所以，有必要采取措施提高无箍筋SRC节点的中强度和屈服后承载力的下降论，可行的方法之一就是加厚腹板。 4加厚腹板SRC节点受力性能分析 本文所用十字型节点试验试验资料中的的第一组试件为未加厚腹板，与它对应的第二组试件是加厚腹板的，现将其滞回曲线列于下（图7），以做对比。 图7正常腹板与加厚腹板节点滞回曲线的比较 上图的四组对比滞回曲线中，都是正常腹板与加厚腹板节点的对比,从中可看出： 加厚腹板后，节点的极限承载力有很大的提高，前四组分别提高了38.6、52.4、47.9和43kN（图8）。 还可以从图中看出，加厚腹

7、板后，节点的的变形能力有很大的提高。就节点的极限位移角R来说，前四组分别提高了0.003、0.008、0.014和0.010（rad）（图8）。 同时，因为节点抗剪承载力的提高，使节点的破坏形式发生了变化，避免了核心区的破坏（正常腹板节点），而变成核心区和梁端同时破坏（加厚腹板节点）。而节点核心区破坏属脆性破坏，延性较差耗能较少；核心区和梁端同时破坏则能极大的改善节点的抗震性能。 图8正常腹板与加厚腹板节点极限承载力和位移 加厚腹板的滞回曲线都要比正常腹板的滞回曲线更加丰满，捏缩现象有所减轻，说明加厚腹板后，节点的耗能能力有所提高，增强了节点的抗震性能。 5无箍筋SRC节点的计算和补强措施 5

8、.1无箍筋SRC节点承载力的计算公式 大量的普通型钢SRC节点试验表明，节点中箍筋承担的剪力约占节点总剪力的10%，而腹板承担的剪力约占总剪力的30%。故省去箍筋而将腹板厚度增加2倍左右后，其抗剪承载力与按一般方法设计的节点相比，有增无减，能够满足承载力的要求。 根据上面的分析，无箍筋加厚腹板SRC节点的抗剪承载力计算公式为 （1） 式中，为加厚腹板强度利用率； 为加厚腹板的厚度；为加厚腹板的截面高度；为加厚腹板的抗拉屈服强度。其他符号意义同型钢混凝土结构技术规程JGJ 138-2001。 需要说明的是，是在假定正常腹板屈服、翼缘框形成塑性铰和核心区混凝土达到抗压屈服强度的情况下的加厚腹板的强

9、度利用率，故综合反映了加厚腹板后的SRC节点整体的承载力性能，而非单指加厚腹板的强度。图9为为加厚腹板强度的利用率计算值，可见在50%左右，故取0.50，代入式（1），得 （2） 图9加厚腹板强度的利用率计算值图10试验值与理论值的比值 图10列出了试验值与理论值的比值，可知其与试验值拟合较好。 加厚腹板的措施能提高无箍筋SRC节点的承载能力，能增强其变形能力和耗能能力，但应将增加的厚度控制在适当的范围内，建议加厚量为原腹板厚度的2倍。 5.2 无箍筋加厚腹板SRC节点的补强措施 虽然无箍筋加厚腹板SRC节点有较好的受力性能，但试验表明，在达到承载力极限状态时，核心区的柱纵筋易屈曲而鼓出，造成

10、节点角部破坏【5】，破坏状态如图11所示。 图11无箍筋加厚腹板节点的破坏状态 为防止或缓解这种形式的破坏，可在节点核心区设置拉结钢筋，加厚腹板的构造见图12所示，设置拉结钢筋的构造见图13所示，建议拉结钢筋设置为。 图12无箍筋SRC节点加厚腹板的构造 图13无箍筋SRC节点拉结钢筋的构造 5结论 本文从SRC节点中箍筋的作用、无箍筋SRC节点的滞回性能分析及无箍筋SRC节点的承载力计算和相关补强措施等方面进行研究，主要得出以下结论： （1）无箍筋加厚腹板 SRC节点的变形能力和延性性能能够满足建筑结构的要求，在那些不便于再配置箍筋的节点中，可以考虑省去箍筋。 （2）加厚腹板能提高无箍筋SRC节点的抗剪承载力和抗震性能。建议加厚腹板的强度利用率按50%计，加厚量为原腹板厚度的2倍。 (3)给出了无箍筋加厚腹板SRC节点承载力的计算公式及其补强措施，为理论分析和工程设计提供参考。 参考文献： 【1】梁柱节点专题组，劲性钢筋混凝土梁柱节点性能及受剪承载力 【2】唐九如、陈雪红