建筑工程中框架柱损伤破坏表观特征与受力机理分析论文
摘 要：通过对框架柱中的角柱、中柱、边柱从各自的位置特点、损伤破坏表观状况及受力机理等方面进行了研究总结，为针对不同位置损伤框架柱制定不同加固方案提供理论支持。
关键词：边柱；中柱；角柱；破坏现象；受力机理。
1、前 言
实际加固工程案例中，柱构件的加固案例最多，为构件加固的重中之重。在制定加固方案时，不仅要考虑损伤柱的损伤特征，还要弄清其破坏机理等。另外，不同的加固方案有其不同的特点，因此其针对性也不同。本文考虑到角柱、中柱、边柱，因其位置不同，柱的受力、构造和破坏特点、产生原因等也不尽相同，进而制定加固方案时要有针对性。因此本文对这些方面进行了总结，以期为针对性制定损伤柱的加固方案提供理论依据。
2、角柱、中柱、边柱的定义
2.1、角柱的定义[1~2]角柱一般情况下是指建筑物四角的柱，对于一些门厅、雨棚下边的某些柱，也可能属于角柱。角柱几乎均等的承受两个方向的地震作用，设计时不仅要考虑双向偏压还要考虑扭转效应的影响，因此给弯矩和剪力设计值相应的乘以增大系数1.1。
2.2、中柱的定义[1~2]钢筋混凝土框架中柱即处于框架中间，柱四个方向都有梁连接的柱子，由于受力相对简单，各种规范标准并没有给出特殊规定。
2.3、边柱的定义[1~2]边柱即柱子空间三个水平方向上有梁拉结的柱子。相对于中柱来说，边柱处于建筑物的边缘位置，受力情况急所处环境影响较中柱复杂，但我国当前的规范中，并没有对针对边柱有一些特殊的要求，而是对中柱和边柱同等对待，轴压比及其他的一些构造要求都是相同的。
3、角柱、中柱、边柱的破坏形式
3.1、角柱的损伤破坏形式
角柱在实际工程中的损伤破坏表观特征如图1所示。
图1 RC框架角柱的损伤破坏现象
损伤特征描述如下[3]：（a）柱头混凝土保护层变形脱落，混凝土有轻微压酥，钢筋屈服变形；（b）柱端混凝土完全压酥、粉碎，箍筋已拉脱变形，柱顶形成塑性铰，柱体成倾斜状，几乎与建筑脱离。
3.2、中柱的损伤破坏形式
中柱在实际工程中的损伤破坏表观特征如图2所示。
图2 RC框架中柱的损伤破坏现象
损伤特征描述如下[3]：（a）柱顶装饰层脱落，保护层与部分混凝土碎裂，纵筋外露，部分压屈变形；（b）柱身中部混凝土大面积压酥、成块分离，纵筋箍筋弯曲变形。
3.3、边柱的损伤破坏形式
边柱在实际工程中的损伤破坏表观特征如图3所示。
图3 RC框架边柱的损伤破坏现象
（a）柱顶装饰层脱落，保护层与部分混凝土碎裂，纵筋外露，部分压屈变形；（b）柱身中部混凝土大面积压酥、成块分离，纵筋箍筋弯曲变形。
4、框架柱受力破坏机理分析
从受力机理角度出发，结合国内外学者的试验研究及工程实例的总结[4]，柱子破坏主要分为以下8种典型的受力破坏形式。
如图4所示。
图4钢筋混凝土柱的受力破坏形式
（1）对于角柱，处于压、弯、剪复合受力，无地震作用下，由于所处位置的特殊性，一般会以小偏心受压形式破坏如图4（b），若箍筋无加密，或者配置不合理，很容易出现各种受剪等脆性破坏形式如图4（d），4（e），4（g），4（i）。在地震作用时，由于角柱得几乎均等承受两个方向的水平地震作用，所以地震作用叠加，会对角柱造成更严重的破坏，如图4（f）。
（2）中柱的受力破坏形式，一般为轴心受压破坏类型如图4（a），但在一些特殊情况下，有可能在承受竖向荷载和不平衡弯矩共同作用下，节点处破坏形态可能会出现剪切破坏如图4（d）。
（3）边柱的受力破坏形式，一般为偏心受压破坏类型如图4（b）~（c），但剪力过大时，会出现图4中的.剪切破坏，在地震作用下也会出现粘结破坏等。
5、钢筋混凝土柱的损伤原因分析
5.1、设计方面[5]改革开放以前，我国规范中规定的梁、柱钢筋最小用量比国外来低一倍以上。结构抗震除了设防烈度较低以外，在抗震设计计算方法和构造规定上都比国外保守。技术层面，箍筋在配置时未加密，或直径取值偏小，造成约束纵筋能力减弱，很容易造成柱端、柱底钢筋网呈灯笼状，或者箍筋直接拉断、柱子内部炸裂，外部混凝土酥碎；未考虑罕遇地震下结构的弹塑性变形，层间位移值偏大，柱的配筋量和轴压比等抗震构造措施不足，柱顶钢筋屈服形成塑性铰或者柱端配筋少，柱子破坏先于梁端，形成强梁弱柱。
5.2、施工方面[6]箍筋或纵筋直径私自改小；箍筋间距疏密不均；混凝土强度等级不足，抵抗力不足，轴压比没达到要求；因外保护层厚度过高，柱的抗压区高度及抗弯承载能力减小；节点处柱箍筋接头不到位，在大荷载作用下，箍筋压屈破坏脱落；节点处混凝土质量较差，不能与钢筋形成较好的握裹力，使节点极易破坏；梁柱节点由于纵筋配置过多、直径过大，箍筋加密，浇灌混凝土时，没有按正常施工顺序，造成中部没有振捣密实，有影响承载力的的空洞等缺陷。
6、结 语
（1）角柱所处建筑地位特殊，为建筑物横纵双向提供刚度支持，承受双向地震作用，按双向偏压构件计算，要考虑扭转效应，因为一旦受损，整个建筑物都处于危险之中。规范就对角柱增加各种严格的限制条款。其表观破坏特征也较中柱、边柱严重，其受力破坏形式一般都为脆性破坏，如小偏压破坏，粘结破坏，各种剪切破坏。
（2）中柱由于所处建筑物中部，由于与柱连接的梁对称规则，所以柱的受力也相对简单，破坏状态多表现为混凝土柱中部压碎破坏，这正是轴心受压、大偏心受压破坏等延性破坏类型。所以加固时多按轴心受压构件进行。
（3）边柱在建筑物外围，受力情况较中柱复杂，且数量众多，破坏的时候也都出现类似角柱的脆性破坏类型，如小偏压破坏，粘结破坏等。
（4）在制定加固方案时，若有两种加固方案：增大截面法和外包型钢法[7]可供选择，那么针对边柱和角柱，因其受震破坏形式较严重，可选用加固后抗震性能较优良的外包型钢法；而对于中柱，增大截面法更适合其破坏特征和原因。
参考文献
[1]中国住房与城乡建设部、中国质量监督检验检疫总局《.混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2]中国住房与城乡建设部、中国质量监督检验检疫总局《.建筑抗震设计规范》（GB50010-2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[3]马 颖.钢筋混凝土柱地震破坏方式及性能研究[D].大连理工大学，2012.
[4]金仁和，刘细林.地震作用下钢筋混凝土柱破坏形式及机理分析[J].茂名学院学报，2008（06）：69~73.
[5]陈肇元.安全第一还是节约第一———必须大幅度提高建筑结构设计的安全度[J].中国改革，1999（03）：20~22.
[6]韩丽霞，金德保，莫 庸.钢筋混凝土多层框架柱震害初步分析———汶川大地震都江堰灾区钢筋混凝土多层框架柱震害考察的思考[J].工程抗震与加固改造，2008（04）：41~44.
[7]中国住房与城乡建设部、中国质量监督检验检疫总局《.混凝土结构加固设计规范》（GB50367-2013）[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.
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