增大柱截面加固法对梁柱节点受力性能的影响

【摘 要】本文旨在研究增大截面厚度加固梁柱节点的受力性能的影响。采用截面厚度50mm、60mm、70mm、80mm、90mm的不同截面尺寸；混凝土强度由C25增大到C30，其中增大截面法保证受力纵筋配筋率不变。采用ABAQUS有限元法对各种加固方案进行模拟，通过绘制试件的荷载位移曲线，得出骨架曲线、刚度退化曲线等，并提取极限承载力、极限位移、屈服位移等参数，分析试件的承载力、延性、刚度、耗能能力。

【关键词】增大柱截面加固法；梁柱节点；受力性能

1.试件设计

1.1未加固试件

未加固对比试件如图1所示，截面尺寸单位均为（mm）梁的截面尺寸：150*300*1030，下柱250*250*630，核心区柱250*250*300，上柱250*250*630，垫块150*300*l00。采用C25混凝土，钢筋骨架的纵向受力钢筋均选用HRB335级热轧带肋钢筋，梁纵筋直径为20mm，柱纵筋为20mm。箍筋选用HPB235级热轧带肋钢筋，直径8mm，钢筋距离100mm。

1.2增大柱截面试件

本文柱增大截面法节点的尺寸可见图2，方法是在未加固试件的柱增加四根直径为20mm的纵筋，并配置直径8mm，间距100mm的箍筋，节点核芯区不增设箍筋[2]。其中：梁的截面尺寸为150*300*1030，下柱370*370*630，核芯区柱250*250*300，上柱250*250*630，垫块150*300*l00。新增柱采用C30混凝土；原钢筋和新增钢筋骨架的纵向受力钢筋均选用HRB335级热轧带肋钢筋；梁纵筋直径为20mm，柱纵筋直径为20mm。新增钢筋HPB300级热轧带肋钢筋，直径8mm，钢筋间距100mm。

2.构件失效与破坏判断标准

2.1构件失效判断标准

根据现行的《混凝土结构试验方法标准》（GB50152―2012）的规定[1]，试验加载过程中出现下列标志之一即可以认为该结构构件已经达到承载能力极限状态：

（1）受拉钢筋应力达到屈服强度，拉应变达到 ；

（2）侧向变形达到构件高度的 / ；

（3）受压区混凝土被压碎。

2.2构件破坏判断标准

未加固试件的破坏现象：刚开始加载时，梁端先出现裂缝。继续加载，节点核芯区出现沿着对角线方向的细长的裂纹。最后，节点核芯区出现多条长度和宽度都较长的的沿着对角的裂缝，混凝土被压碎，为核芯区剪切破坏如图3所示。

3.不同柱增大截面厚度试件骨架曲线对比

图4、5为增大柱截面法加固试件破坏现象及曲线对比图，由图可以看出，增大柱截面为70mm时试件的极限承载力最大，而极限位移则是增大柱截面为60mm的试件最大，增大柱截面为50mm的试件的延性和位移均小于其他两个试件。

4.柱增大截面厚度对承载力影响

从图6中曲线看出，单一采用增大截面法加固的试件，随着混凝土厚度的增加，承载力变化很大，采用碳纤维复合法加固的试件，随着混凝土截面厚度的增加，承载力相应的提高，采用复合法加固的试件，在相同的碳纤维层数下，均是增大截面厚度为70mm的试件极限承载力最大。这表明：随着柱截面厚度的增加，承载力相应提高。这是由于随着柱截面的增大，节点的尺寸、配筋及混凝土厚度均增大，而由于未在节点核芯区配置箍筋，其受力机制仍是斜压杆机制，节点核芯区所受的剪力基本上由跨越核芯区对角的混凝土斜压杆来承担，新增加的混凝土和钢筋也参与斜压杆作用，故试件的承载能力提高。

5.柱增大截面厚度对延性影响

通过对比图7中增大截面厚度为50mm、60mm、70mm、80mm、90mm的试件的极限位移，本试件的延性随着柱截面厚度度增大呈现先增大后减小的趋势，增大柱截面厚度为60mm时试件的延性最好。

6.柱增大截面厚度对刚度影响

图8为柱增大截面法加固试件的刚度退化曲线，柱增大截面厚度分别为50mm、60mm、70mm。试件的刚度退化曲线具有相似的规律：试件刚度的衰减随位移的增大而增大，试件在刚开始加载时的刚度衰减速率大，当位移不断增大，塑性变形不断发展，在极限荷载之后，刚度衰减趋于平缓，所有试件的整个刚度衰减都比较均匀，没有明显的刚度突变。

7.结论

本文采用ABAQUS有限元法对对不同厚度的增大截面加固的柱试件进行了模拟和分析，研究了柱增大截面厚度对骨架曲线、承载力、延性、刚度的影响。

研究表明：随着柱截面厚度的增加，承载力相应提高。这是由于随着柱截面的增大，节点的尺寸、配筋及混凝土厚度均增大，而由于未在节点核芯区配置箍筋，其受力机制仍是斜压杆机制，节点核芯区所受的剪力基本上由跨越核芯区对角的混凝土斜压杆来承担，新增加的混凝土和钢筋也参与斜压杆作用，故试件的承载能力提高。通过对比增大截面厚度为50mm、60mm、70mm、80mm、90mm的试件的极限位移，发现延性随着柱截面厚度度增大呈现先增大后减小的趋势，增大柱截面厚度为60mm时试件的延性最好。试件的刚度退化曲线具有相似的规律：试件刚度的衰减随位移的增大而增大，试件在刚开始加载时的刚度衰减速率大。

【参考文献】

[1]中华人民共和国原城乡建设环境保护部.GB50152-2012.混凝土结构试验方法标准[S].北京：中国计划出版社，2012.

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