钢纤维混凝土替代框架柱节点区普通混凝土探讨

卢 磊

(峨眉山市城市发展建设办公室，四川峨眉山 614200)

0 引言

钢筋混凝土框架结构设计的基本原则是“强节点弱构件、强柱弱梁、强剪弱弯”。在实际情况中，由于梁与板整体现浇，其抗侧移刚度大，要实现“强柱弱梁”很困难。汶川大地震震害调查发现，大量框架柱破坏情况较梁严重，特别是底层的框架柱的破坏尤为严重，且这些柱的破坏主要发生在端部节点附近。此外，节点及附近区域属钢筋高密度区，纵横竖向的纵筋和箍筋在此处高度密集，这对混凝土浇筑造成相当大的困难。汶川大地震震害调查发现，由于施工中工人为了便于浇筑混凝土，将节点内箍筋滑移出节点，以及在施工中节点混凝土浇筑振捣不密实，致使在地震作用下节点发生严重剪切破坏。因此，研究如何提高柱端和节点抗震性能，同时又能改善节点及附近区域钢筋拥挤状况，确保节点成型质量，具有实际意义。

1 钢纤维混凝土基本特性

钢纤维对普通混凝土的增强效果非常明显［1］，当纤维体积率在1%～2%范围内时，混凝土抗拉强度可提高25%～50%，抗弯强度可提高40%～80%，双面直剪强度可提高50%～100%，抗压强度可提高0%～25%;在通常的纤维掺量下，混凝土抗压韧性可提高2倍～7倍，抗弯韧性可提高几倍到几十倍，弯曲冲击韧性可以提高2倍～7倍，冲击韧性可提高几倍到几十倍;掺入纤维后，混凝土与钢筋的粘结能力也有很大幅度的提高;掺入钢纤维后，混凝土裂后变形性能好，适用于抗震结构和结构中的各种复杂受力区段。在混凝土框架节点中，用1．5%(体积率)的钢纤维代替1．7%(体积率)的箍筋，可使抗剪强度提高27%，耗能能力提高28%，主筋滑移降低60%～78%。

由此可见，用钢纤维混凝土替代框架柱节点区普通混凝土，以提高柱端和节点强度，改善抗震性能是可行的。

2 柱节点区钢纤维混凝土浇筑方式

图1给出了钢纤维混凝土替代框架柱节点区普通混凝土的两种浇筑方式。图中，x表示钢纤维混凝土在柱端的浇筑高度，Ⅰ型粘结面表示两种混凝土连续浇筑形成的粘结面，Ⅱ型粘结面表示两种混凝土先后浇筑形成的粘结面。

2．1 粘结面性能

郑州大学高丹盈等［3］，对纤维混凝土与既有混凝土粘结性能进行了系统研究，其结论对用纤维混凝土修补、加固和改造既有混凝土结构具有较高的工程参考价值。图1中所指的Ⅰ，Ⅱ型粘结面虽不是与既有混凝土的粘结面，但完全可以参照文献［3］进行分析，其得到的结果是偏于安全的。从粘结面的成型过程来看，图1中所指Ⅰ，Ⅱ型粘结面，其粘结性能均要优于文献［3］中纤维混凝土与既有混凝土的粘结面性能，且Ⅰ型粘结面性能优于Ⅱ型粘结面，平浇粘结面性能优于侧浇粘结面。

图1 钢纤维混凝土代替节点区普通混凝土示意图

2．2 浇筑高度

对于局部采用钢纤维混凝土的构件，尚缺乏相关力学性能试验数据和研究资料。福州大学对全部采用钢纤维混凝土的压弯构件的延性试验［4］研究认为，可按钢纤维掺入体积率相应减少箍筋配置。参考高丹盈等［3］所做的与既有混凝土粘结面性能试验结果和福州大学所做的压弯构件延性试验结果［4］，可将浇筑高度x按柱端箍筋加密区长度来确定，即浇筑高度x等于柱端箍筋加密区长度，同时钢纤维混凝土浇筑范围内的箍筋可按钢纤维掺入体积率的80%～100%减少配置。

2．3 浇筑方式比较

钢纤维混凝土一段式浇筑(见图1a))，钢纤维混凝土贯通节点，节点及附近柱端区域的延性得到很大提高，节点及附近柱端区域抗震性增强明显。节点及附近柱端的沿柱纵向箍筋可以有所减少，节点内钢筋密集程度降低，易于浇筑振捣。但该浇筑方式在施工中支模方式与常规做法有所不同，施工工序也与常规工序有所区别，梁浇筑时间将延后，使工期有所延长。此外，该浇筑方式会在梁端形成Ⅱ型侧浇粘结面，较平浇粘结面性能稍差。

钢纤维混凝土两段式浇筑(见图1b))，钢纤维混凝土未贯通节点区，柱端区域的延性也得到较大提高，柱端抗震性能有所增强，但较之一段式浇筑稍差。相较于一段式浇筑，两段式浇筑在施工中支模方式与常规做法相同，施工工序也与常规工序无较大差别，不延长工期。此外，该浇筑方式仅在柱端形成的Ⅱ型平浇粘结面，较侧浇粘结面性能稍好。但该浇筑方式节点内的沿柱纵向箍筋未能减少，节点内钢筋密度仍很高，节点区内的混凝土浇筑仍较困难，且节点性能未得到改善。

3 结语

通过使用钢纤维混凝土替代柱节点区普通混凝土，能显著增强框架节点及附近柱端区域的抗震性能。实际施工中，采用钢纤维混凝土一段式浇筑方式(见图1a))，更能符合“强节点弱构件、强柱弱梁、强剪弱弯”的设计原则。

［1］赵国潘，彭少民．钢纤维混凝土结构［M］．北京:中国建筑工业出版社，1999．

［2］郑建岚．现代混凝土结构技术［M］．北京:人民交通出版社，1999．

［3］高丹盈，程红强．纤维混凝土与既有混凝土黏结性能研究［M］．北京:科学出版社，2008．

［4］赵国藩．高等钢筋混凝土结构学［M］．北京:机械工业出版社，2005．