浅析钢筋混凝土梁柱节点加固的方法[1]

浅析钢筋混凝土梁柱节点加固的方法[1]

吴昊,赖颖,张源泉,杜佳豪,刘孟维,刘宇涛

南昌航空大学 土木建筑学院，江西 南昌 330063

摘要： 本文回顾了目前钢筋混凝土梁柱节点加固的方法，其中包括传统的增大截面法、外包钢法以及新型的粘贴纤维增强复合材料的方法，并举出具体的工程实例，通过实例来更直观深刻的解释三种加固方法的适用条件，最后总结这三种加固方法各自的优势。

关键词：钢筋混凝土; 节点; 加固; 增大截面法；外包钢法；纤维增强复合材料

引言

梁柱节点是钢筋混凝土框架结构的重要组成部分，包括框架梁与框架柱相交的核心区以及邻近核心区的梁端和柱端，在框架中起着传递和分配内力的枢纽作用，受力相当复杂。在地震作用下，梁柱节点区域容易发生破坏，是结构物最薄弱的部位之一。国内外多次震害调查表明，钢筋混凝土框架结构在强烈地震作用下发生破坏或倒塌，很多是由节点破坏引起的，所以对框架结构薄弱部位节点进行加固具有非常重要的现实意义。本文对梁柱节点加固中的增大截面法、外包钢法以及粘贴纤维复合材加固法进行了概要回顾。

1    加固方法

  （1）增大截面法

同济大学金国芳等人[1]研究了四个十字形钢筋混凝上框架节点试件采用柱加大截面法加固后，在低周反复荷载作用下的试验，通过试验分析了加固节点的受力机理及抗震性能，结果表明: 用柱加大截面法加固框架节点是一种有效的抗震加固方法，不仅能够提高节点的开裂荷载、刚度、屈服荷 载和极限荷载，还能提高其耗能能力和延性。加固后使框架由“强梁弱柱弱节点”成为“强柱强节点弱梁”。

增大截面加固，也称为外包混凝土加固，是传统的加固方法。该法是通过增加原构件的受力钢筋，同时在外侧新浇筑混凝土以增大构件，来提高构件的强度、刚度、稳定性和抗裂性， 部分情况也可以用来修补裂缝。这种加固法适用范围较广，可用于加固混凝土受弯和受压构件，如板、梁、柱、基础、屋架等。主要缺点是，在加固节点时，由于加固钢筋密集而使混凝土浇筑振捣困难，或者增加了结构自重、减少了建筑的使用空间。

  （2）外包钢法

外包钢加固法分为干式外包和湿式外包两种方法:干式法直接把型钢外包于原构件，中间虽填有水泥砂浆但两者没有很好地连接成一个整体，不能保证结合面能有效地传递剪力;湿式法采用乳胶水泥、环氧树脂化学灌浆或焊接等方法将型钢与构件黏结成一个整体共同工作，在实际工程中湿式法采用较多。外包钢加固法型钢与原构件之间协同工作能力较好，整体性好，对原构件截面尺寸影响较小，施工方便，工期短，适用范围广，但是用钢量大，耐高温耐腐蚀性能较差，造价相对较高。张正涛等[2]采用有限元软件分别对原构件和外包钢加固的钢筋混凝土柱进行模拟计算，对比发现外包钢板可提高柱子承载力，延缓纵向钢筋屈服，且缀板间距越小，加固效果越好。

  （3）粘贴纤维复合材加固法

吴波等[3]通过4个1∶1.25的钢筋混凝土框架立体节点组合体的抗震性能试验研究，其中包括3个碳纤维布加固试件和1个对比试件。研究得到在节点核心区粘贴折线形碳纤维布，并在梁端采用梁箍进行锚固，能有效提高节点的抗剪承载力，研究表明折线形碳纤维布表面加压钢板对节点抗剪承载力的进一步提高作用不大，初步提出了碳纤维布加固钢筋混凝土节点的抗剪承载力计算方法。

欧阳煜等[4]进行了在低周反复荷载作用下6个玻璃纤维(GFRP)片材加固混凝土梁柱节点的试验研究，结果表明GFRP片材加固节点的刚度和强度都得到一定程度的提高，表现出了良好的延性，基于试验结果，根据混凝土斜压杆模型和钢筋混凝土桁架模型共同作用的理论，考虑GFRP片材的有效应变，提出了考虑混凝土、箍筋、GFRP片材共同作用的节点抗剪承载力计算方法，计算结果和试验结果基本吻合。

苏磊等[5-6]研究不同受损程度下BFRP加固后三维混凝土框架节点的抗震性能。结果表明，楼板对框架梁抗弯承载力的贡献是不容忽视的，加固后节点的极限承载力和抗震性能，以及节点核心区的承载力和粘结滑移性能都得到提高，加固后节点的最终破坏形式由柱端的压弯和节点的剪切破坏转变为梁、板的弯曲破坏，即由“弱柱强梁”转变成了“强柱弱梁” 的破坏形式。

与传统的加固方法相比，FRP加固法具有更多优点:易于与原结构协调工作，几乎不改变原结构的形状且不增加结构自重，占据使用空间少、施工方便、操作性强、抗疲劳、耐腐蚀性能好等。而且，FRP材料易于通过胶粘剂粘贴在混凝土构件表面，能对内部混凝土形成一定的约束作用，从而提高混凝土的受力能力和耗能能力。

2    工程实例

（1）工程概况

本工程创意办公楼和办公楼均为钢筋混凝士框架剪力墙结构：商业裙楼及人防车库均为钢筋混凝士框架结构。办公楼地上结构 27 层，地下1层：创意办公楼地上结构 23 层，地下1层：商业裙楼4 层。原设计按7度抗震设防，场地为I类,剪力墙抗震等级二级，框架抗震等级二级，建筑抗震设防分类为丙类，建筑结构安全等级为二级，结构设计使用年限为

50年。办公楼施工至 10层，创意办公楼施工至 7层时发现，原办公楼18层（含 18层）以及原设计创意办公楼8层（含8层）以下梁柱节点及墙梁节点混凝士强度设计等级均为C60。根据徐州市建设工程检测中心检测结果显示，办公楼和创意办公楼地上结构己施工节点处混凝士强度等级仅达到C45左右，未达到设计要求，需要进行加固处理。

（2）解决方案

经专家组分析论证，本工程宜采用外包钢法和粘贴碳纤维材料加固法进行处理。首先，外包钢法加固钢筋混凝士梁柱节点具有节约钢材，传力明确，加固效果好，不影响构件使用功能等优点。其次，通过对钢筋混凝上梁柱节点受力特点和上下层荷载作用传递的分析，充分利用己浇筑成型的混凝土节点作用，通过后补混凝土截面及粘贴碳纤维材料的约束作用从而提高节点的受力性能，从而提高节点的强度。

3    结束语

对有破损钢筋混凝土工程结构进行加固，是保障建筑安全、适用、耐久的关键。针对不同工程结构的实际情况应采用不同的加固方式，使建筑物性能得到提升，满足工程应用需求。从现有技术来看，增大截面法、外包钢加固等较为常见，技术相对成熟，可大幅度提升构件的刚度与承载能力，加固效果较好。由于新材料的不断出现，粘贴纤维类对受拉区混凝土开裂加固效果较好。随着加固技术的提升，复合加固可充分发挥不同技术的优势，也逐渐得到工程界的关注。三种方法各有优势，可以根据建筑区域所在地，考虑规范和造价等进行综合选择。

参考文献

[1]  金国芳，李视令，李思明. 框架节点加固的抗震性能试验研究[J].工 程 抗 震 ，2 0 0 0 ( 3 ) : 1 7 - 2 0 .

[2]  张正涛,任庆新,任德斌,等．外包钢加固火交后钢管混凝士叠合短柱轴压性能研究叨.工业建筑,2020,50(10)：187-193.

[3]  吴波，王维俊.碳纤维布加固钢筋混凝土框架节点的抗震性能 试 验 研 究 [J].土 木 工 程 学 报 ，2005，38(4):60-65，83.

[4]  欧 阳 煜 ，黄 奕 辉 ，钱 在 兹 .玻 璃 纤 维 片 材 加 固 混 凝 土 梁 柱 节 点 的 抗 震 性 能 研 究 [J].建 筑 结 构 ，2003，33(5):54-58.

[5]  苏 磊 ，陆 洲 导 ，张 克 纯 ，等 .BFRP 加 固 震 损 混 凝 土 框 架 节 点 抗 震 性 能 试 验 研 究 [J].东 南 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 )，2010，40(3):559-564.

[6] Lu Zhoudao，Su Lei，Yu Jiangtao.Experimental Study on the Seismic Behaviour of Strengthened Concrete Column-Beam Joints by Simulated Earthquake [J].Procedia Enginering， 2011，(14):1871-1878.

作者简介：吴昊（2002-），男，江苏连云港人，本科在读，研究方向：工程管理。

通信作者：杜佳豪（2003-），男，河南新乡人，本科在读，研究方向：工程管理。