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建筑工程中框架柱損傷破壞表觀(guān)特征與受力機理分析論文
摘 要：通過(guò)對框架柱中的角柱、中柱、邊柱從各自的位置特點(diǎn)、損傷破壞表觀(guān)狀況及受力機理等方面進(jìn)行了研究總結，為針對不同位置損傷框架柱制定不同加固方案提供理論支持。
關(guān)鍵詞：邊柱；中柱；角柱；破壞現象；受力機理。
1、前 言
實(shí)際加固工程案例中，柱構件的加固案例最多，為構件加固的重中之重。在制定加固方案時(shí)，不僅要考慮損傷柱的損傷特征，還要弄清其破壞機理等。另外，不同的加固方案有其不同的特點(diǎn)，因此其針對性也不同。本文考慮到角柱、中柱、邊柱，因其位置不同，柱的受力、構造和破壞特點(diǎn)、產(chǎn)生原因等也不盡相同，進(jìn)而制定加固方案時(shí)要有針對性。因此本文對這些方面進(jìn)行了總結，以期為針對性制定損傷柱的加固方案提供理論依據。
2、角柱、中柱、邊柱的定義
2.1、角柱的定義[1~2]角柱一般情況下是指建筑物四角的柱，對于一些門(mén)廳、雨棚下邊的某些柱，也可能屬于角柱。角柱幾乎均等的承受兩個(gè)方向的地震作用，設計時(shí)不僅要考慮雙向偏壓還要考慮扭轉效應的影響，因此給彎矩和剪力設計值相應的乘以增大系數1.1。
2.2、中柱的定義[1~2]鋼筋混凝土框架中柱即處于框架中間，柱四個(gè)方向都有梁連接的柱子，由于受力相對簡(jiǎn)單，各種規范標準并沒(méi)有給出特殊規定。
2.3、邊柱的定義[1~2]邊柱即柱子空間三個(gè)水平方向上有梁拉結的柱子。相對于中柱來(lái)說(shuō)，邊柱處于建筑物的邊緣位置，受力情況急所處環(huán)境影響較中柱復雜，但我國當前的規范中，并沒(méi)有對針對邊柱有一些特殊的要求，而是對中柱和邊柱同等對待，軸壓比及其他的一些構造要求都是相同的。
3、角柱、中柱、邊柱的破壞形式
3.1、角柱的損傷破壞形式
角柱在實(shí)際工程中的損傷破壞表觀(guān)特征如圖1所示。
圖1 RC框架角柱的損傷破壞現象
損傷特征描述如下[3]：（a）柱頭混凝土保護層變形脫落，混凝土有輕微壓酥，鋼筋屈服變形；（b）柱端混凝土完全壓酥、粉碎，箍筋已拉脫變形，柱頂形成塑性鉸，柱體成傾斜狀，幾乎與建筑脫離。
3.2、中柱的損傷破壞形式
中柱在實(shí)際工程中的損傷破壞表觀(guān)特征如圖2所示。
圖2 RC框架中柱的損傷破壞現象
損傷特征描述如下[3]：（a）柱頂裝飾層脫落，保護層與部分混凝土碎裂，縱筋外露，部分壓屈變形；（b）柱身中部混凝土大面積壓酥、成塊分離，縱筋箍筋彎曲變形。
3.3、邊柱的損傷破壞形式
邊柱在實(shí)際工程中的損傷破壞表觀(guān)特征如圖3所示。
圖3 RC框架邊柱的損傷破壞現象
�。╝）柱頂裝飾層脫落，保護層與部分混凝土碎裂，縱筋外露，部分壓屈變形；（b）柱身中部混凝土大面積壓酥、成塊分離，縱筋箍筋彎曲變形。
4、框架柱受力破壞機理分析
從受力機理角度出發(fā)，結合國內外學(xué)者的試驗研究及工程實(shí)例的總結[4]，柱子破壞主要分為以下8種典型的受力破壞形式。
如圖4所示。
圖4鋼筋混凝土柱的受力破壞形式
�。�1）對于角柱，處于壓、彎、剪復合受力，無(wú)地震作用下，由于所處位置的特殊性，一般會(huì )以小偏心受壓形式破壞如圖4（b），若箍筋無(wú)加密，或者配置不合理，很容易出現各種受剪等脆性破壞形式如圖4（d），4（e），4（g），4（i）。在地震作用時(shí)，由于角柱得幾乎均等承受兩個(gè)方向的水平地震作用，所以地震作用疊加，會(huì )對角柱造成更嚴重的破壞，如圖4（f）。
�。�2）中柱的受力破壞形式，一般為軸心受壓破壞類(lèi)型如圖4（a），但在一些特殊情況下，有可能在承受豎向荷載和不平衡彎矩共同作用下，節點(diǎn)處破壞形態(tài)可能會(huì )出現剪切破壞如圖4（d）。
�。�3）邊柱的受力破壞形式，一般為偏心受壓破壞類(lèi)型如圖4（b）~（c），但剪力過(guò)大時(shí)，會(huì )出現圖4中的剪切破壞，在地震作用下也會(huì )出現粘結破壞等。
5、鋼筋混凝土柱的損傷原因分析
5.1、設計方面[5]改革開(kāi)放以前，我國規范中規定的梁、柱鋼筋最小用量比國外來(lái)低一倍以上。結構抗震除了設防烈度較低以外，在抗震設計計算方法和構造規定上都比國外保守。技術(shù)層面，箍筋在配置時(shí)未加密，或直徑取值偏小，造成約束縱筋能力減弱，很容易造成柱端、柱底鋼筋網(wǎng)呈燈籠狀，或者箍筋直接拉斷、柱子內部炸裂，外部混凝土酥碎；未考慮罕遇地震下結構的彈塑性變形，層間位移值偏大，柱的配筋量和軸壓比等抗震構造措施不足，柱頂鋼筋屈服形成塑性鉸或者柱端配筋少，柱子破壞先于梁端，形成強梁弱柱。
5.2、施工方面[6]箍筋或縱筋直徑私自改��；箍筋間距疏密不均；混凝土強度等級不足，抵抗力不足，軸壓比沒(méi)達到要求；因外保護層厚度過(guò)高，柱的抗壓區高度及抗彎承載能力減��；節點(diǎn)處柱箍筋接頭不到位，在大荷載作用下，箍筋壓屈破壞脫落；節點(diǎn)處混凝土質(zhì)量較差，不能與鋼筋形成較好的握裹力，使節點(diǎn)極易破壞；梁柱節點(diǎn)由于縱筋配置過(guò)多、直徑過(guò)大，箍筋加密，澆灌混凝土時(shí)，沒(méi)有按正常施工順序，造成中部沒(méi)有振搗密實(shí)，有影響承載力的的空洞等缺陷。
6、結 語(yǔ)
�。�1）角柱所處建筑地位特殊，為建筑物橫縱雙向提供剛度支持，承受雙向地震作用，按雙向偏壓構件計算，要考慮扭轉效應，因為一旦受損，整個(gè)建筑物都處于危險之中。規范就對角柱增加各種嚴格的限制條款。其表觀(guān)破壞特征也較中柱、邊柱嚴重，其受力破壞形式一般都為脆性破壞，如小偏壓破壞，粘結破壞，各種剪切破壞。
�。�2）中柱由于所處建筑物中部，由于與柱連接的梁對稱(chēng)規則，所以柱的受力也相對簡(jiǎn)單，破壞狀態(tài)多表現為混凝土柱中部壓碎破壞，這正是軸心受壓、大偏心受壓破壞等延性破壞類(lèi)型。所以加固時(shí)多按軸心受壓構件進(jìn)行。
�。�3）邊柱在建筑物外圍，受力情況較中柱復雜，且數量眾多，破壞的時(shí)候也都出現類(lèi)似角柱的脆性破壞類(lèi)型，如小偏壓破壞，粘結破壞等。
�。�4）在制定加固方案時(shí)，若有兩種加固方案：增大截面法和外包型鋼法[7]可供選擇，那么針對邊柱和角柱，因其受震破壞形式較嚴重，可選用加固后抗震性能較優(yōu)良的外包型鋼法；而對于中柱，增大截面法更適合其破壞特征和原因。
參考文獻
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[2]中國住房與城鄉建設部、中國質(zhì)量監督檢驗檢疫總局《.建筑抗震設計規范》（GB50010-2010）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.
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[7]中國住房與城鄉建設部、中國質(zhì)量監督檢驗檢疫總局《.混凝土結構加固設計規范》（GB50367-2013）[S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2013.
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