2.4 節(jié)點破壞形式

結(jié)構(gòu)的損傷是指結(jié)構(gòu)由于外部力學(xué)因素引起的削弱或破損，包括非受力損傷和受力損傷，受力損傷是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在使用過程中因受力因素而產(chǎn)生的裂縫的出現(xiàn)與開展、鋼筋與混凝土間的滑移以及非彈性變形的發(fā)展等現(xiàn)象，可以基于整體或構(gòu)件兩個層次進(jìn)行評估。為了使震損鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)得到有效的加固處理，有必要對梁、柱及節(jié)點組合體損傷進(jìn)行合理的分析。

2.4.1 框架結(jié)構(gòu)受力臨界區(qū)域

框架結(jié)構(gòu)遭受強震作用時，受力臨界區(qū)域往往位于鋼筋應(yīng)力超過屈服應(yīng)力、混凝土應(yīng)力達(dá)到抗壓強度或者因錨固不足發(fā)生粘結(jié)滑移的截面附近。理論上講，結(jié)構(gòu)構(gòu)件在內(nèi)力作用下任一截面都可能出現(xiàn)非彈性變形，但是通過布置不同鋼筋和改變截面尺寸等細(xì)部構(gòu)造，構(gòu)件可以設(shè)計成變強度以抵抗相應(yīng)截面上的內(nèi)力值，顯然這是不現(xiàn)實的。因此，受力臨界區(qū)域就一般靠近內(nèi)力最大點。

（1）梁非彈性區(qū)域 是指梁塑性鉸區(qū)段，其滯回性能由截面彎矩控制（深梁則由剪力控制）。由于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)采用強柱弱梁的設(shè)計原則，梁塑性鉸多出現(xiàn)于柱面附近，這會在梁非彈性區(qū)域形成較高的應(yīng)力傳遞，導(dǎo)致節(jié)點內(nèi)梁筋屈服區(qū)不斷向節(jié)點內(nèi)滲透，梁筋發(fā)生粘結(jié)滑移，產(chǎn)生梁端固端轉(zhuǎn)動，節(jié)點剛度與強度降低。

（2）柱非彈性區(qū)域 其滯回性能由截面彎矩與軸向力控制。由于在框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中遵循強柱弱梁的設(shè)計原則，為了避免結(jié)構(gòu)倒塌，柱塑性鉸一般不會出現(xiàn)，但是在底層柱端由于作用有很大的剪力，不可避免出現(xiàn)柱塑性鉸。由于柱非彈性區(qū)靠近下部基礎(chǔ)和上部節(jié)點，較大的應(yīng)力傳遞會引起柱筋在節(jié)點或基礎(chǔ)內(nèi)滑移，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體發(fā)生轉(zhuǎn)動。

（3）節(jié)點核心區(qū) 其滯回性能由節(jié)點核心區(qū)內(nèi)作用的剪力與上柱軸向力控制。節(jié)點在外作用力下，受力十分復(fù)雜，包括梁柱傳來的彎矩、剪力和上柱軸向力，當(dāng)梁偏心時，還會產(chǎn)生扭矩，節(jié)點在這些力的共同作用下處于高應(yīng)力狀態(tài)，出現(xiàn)裂縫產(chǎn)生變形。雖然節(jié)點內(nèi)梁筋粘結(jié)退化后會削弱粘結(jié)應(yīng)力以剪力流的形式輸入，降低節(jié)點剪力減小變形，似乎對節(jié)點有利，但梁筋粘結(jié)滑移引起的梁端固端轉(zhuǎn)動使框架梁失去對節(jié)點核心區(qū)的約束作用，節(jié)點剛度與強度降低，這又會增加節(jié)點變形，并且梁筋發(fā)生粘結(jié)退化后節(jié)點的延性會顯著降低。

2.4.2 框架節(jié)點主要破壞形式

節(jié)點受力性能受到多種因素的影響，不同的節(jié)點設(shè)計控制條件會引起節(jié)點區(qū)域不同的應(yīng)力分布形式，導(dǎo)致節(jié)點不同區(qū)域發(fā)生破壞。根據(jù)震害和試驗結(jié)果，節(jié)點的主要破壞形式可以分為以下幾種：

（1）梁筋粘結(jié)滑移破壞 當(dāng)梁筋在節(jié)點內(nèi)粘結(jié)條件較差時，柱面裂縫間的梁筋屈服后迅速向節(jié)點內(nèi)滲透，梁筋有效粘結(jié)長度不斷減小，最后節(jié)點內(nèi)梁筋完全失去粘結(jié)應(yīng)力，發(fā)生“拉風(fēng)箱”式的滑動。這種情況梁筋配置較少，節(jié)點區(qū)僅出現(xiàn)少量微裂縫，破壞形式如圖2.16a所示。

（2）梁端受彎破壞 梁端在反復(fù)荷載作用下受拉鋼筋屈服，受壓混凝土壓碎，混凝土保護(hù)層剝落，梁端形成塑性鉸，節(jié)點具有較好的延性。但是由于梁塑性鉸靠近柱面出現(xiàn)，如果繼續(xù)增加反復(fù)作用在節(jié)點上的位移，就會引起節(jié)點內(nèi)梁筋的粘結(jié)退化，節(jié)點強度與剛度開始降低，節(jié)點耗能性能變差，破壞形式見圖2.16b。

（3）柱端受彎破壞 雖然采用強柱弱梁的設(shè)計原則以避免發(fā)生這種破壞形式，但在結(jié)構(gòu)底層或靠近底層的樓層，由于較大的彎矩與軸向壓力的共同作用，柱端混凝土受壓破壞，柱筋受壓屈服，箍筋向外膨脹，柱端形成塑性鉸，破壞形式如圖2.16c所示。同時在節(jié)點加固中應(yīng)注意切勿對梁端過度加固，形成強梁弱柱，從而發(fā)生這種破壞。

（4）梁柱端未屈服條件下的節(jié)點區(qū)剪切破壞 節(jié)點剪壓比較大時，由于梁柱筋配置較多、節(jié)點作用剪力較高，節(jié)點發(fā)生剪切破壞時梁柱端仍未進(jìn)入屈服。當(dāng)節(jié)點配箍較少時，節(jié)點核心區(qū)在較大剪力作用下出現(xiàn)交叉斜裂縫，由于箍筋較少，裂縫寬度將迅速增大，最后全部箍筋屈服并出現(xiàn)較大塑性伸長，節(jié)點抗剪承載力退化嚴(yán)重，發(fā)生斜拉型節(jié)點剪切破壞；當(dāng)節(jié)點配箍率較大時，節(jié)點內(nèi)同時作用有斜壓桿機制與桁架機制，節(jié)點斜裂縫發(fā)展受到限制，隨著節(jié)點內(nèi)作用剪力不斷增大，節(jié)點剪切變形不斷增長，部分箍筋進(jìn)入屈服，而核心區(qū)混凝土則被壓潰，發(fā)生斜壓型節(jié)點剪切破壞。由于節(jié)點剪切破壞時節(jié)點內(nèi)的交叉斜裂縫使節(jié)點剪切剛度降低，節(jié)點延性較差，破壞形式見圖2.16d與e。

（5）梁端屈服條件下的節(jié)點區(qū)剪切破壞 梁端配置適量的梁筋，在節(jié)點發(fā)生剪切破壞前梁端已屈服，與梁端受彎破壞的節(jié)點相比，節(jié)點內(nèi)梁筋粘結(jié)性能退化嚴(yán)重，但仍優(yōu)于梁筋粘結(jié)滑移破壞的節(jié)點。當(dāng)節(jié)點配箍較少時，雖然梁筋配置也不多，節(jié)點內(nèi)作用剪力相對較小，但過低的配箍率仍無法抑制核心區(qū)交叉斜裂縫的過快開展，箍筋屈服節(jié)點剛度退化，最后由于節(jié)點抗剪承載力下降過多而發(fā)生斜拉型節(jié)點剪切破壞；當(dāng)節(jié)點配置一定數(shù)量的箍筋時，在梁端屈服后核心區(qū)交叉斜裂縫受到箍筋作用開展緩慢，此后，梁筋不斷向節(jié)點內(nèi)屈服滲透，節(jié)點內(nèi)斜壓桿機制逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，最后核心區(qū)混凝土被壓潰，發(fā)生斜壓型節(jié)點剪切破壞，破壞形式如圖2.16f與g所示。

圖2.16 框架節(jié)點主要破壞形式

a）梁筋粘結(jié)滑移破壞 b）梁端受彎破壞 c）柱端受彎破壞

d）e）梁柱端未屈服條件下的節(jié)點區(qū)剪切破壞 f）g）梁柱屈服條件下的節(jié)點區(qū)剪切破壞