钢筋混凝土框架结构节点加固方法研究与应用
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1.5 框架节点加固的国内外研究现状

1.5.1 加大截面加固法

加大截面法因其受力合理、布置灵活、传力明确等优点,已被广泛应用于混凝土结构的加固。国内外对于梁柱等基本构件的抗剪、抗弯已有较多的研究,如梁底加腋已被证明为非常有效的加固方式,但用于节点加固还比较少。

1985年墨西哥大地震后大量采用了此种加固方法(Jirsa 1987;Aguilar et al.1989)[6-7],Alcocor(1993年)对4个梁板柱空间节点采用柱加大截面加固法进行了试验研究,取得了较好的效果,后加截面的钢筋对核心区产生了很好的约束作用,避免了核心区受剪破坏[8];Hakuto S等(2000年)对3个增大截面法加固的RC框架节点进行了拟静力试验研究。加固前3个试件的节点核心区均未配置箍筋,其中R1为先进行预损,然后采用箍筋和增大截面法同时加固梁端和柱端,R2为同时增大梁柱截面加固,R3为增大柱截面进行加固。研究发现,加固后试件的抗震性能均得到提高[9]。Amirn Pimanmas等(2010年)对增大节点区截面面积的梁柱节点进行了抗震性能试验研究,其中包括3个加固试件和2个未加固试件,重点研究不同的增大面积对梁柱节点抗震性能的影响。结果表明,对节点核心区采用增大截面进行加固后,试件的破坏模式由节点脆性破坏变为梁端弯曲破坏,节点的承载力、延性和耗能性能得到了较大提高[10]。金国芳、李视令等(2003年)对4个十字形钢筋混凝土框架节点采用柱加大截面法加固的试件进行了低周反复荷载试验,结果表明节点的开裂荷载、刚度、屈服荷载、极限荷载、耗能能力和延性都得到了提高,加固后的框架由“强梁弱柱弱节点”成为“强柱强节点弱梁”[11];余琼、李思明(2003年、2005年)对4个采用柱加大截面法加固的中节点进行了试验研究,通过对比发现,加固试件的刚度、耗能能力提高较大,但延性提高较小,同时指出原柱轴压比较大对新加混凝土参与抗剪不利[12-13];邢海灵(2003年)对6个试件进行了试验研究,其中3个受损试件的梁柱均加大了截面,加固后试件承载力、延性均得到提高,核心区也得到较好的保护[14];王玉镯(2004年)对3个试件进行了研究,其中两个采用不同箍筋间距、直径进行了柱加大截面法加固,结果表明,核心加固的混凝土与钢筋作用明显,在保证锚固的基础上柱体加固长度可以适当缩短[15]。胡克旭等(2010年)釆用水泥基高粘结、低收缩、自密实的新型加固用混凝土材料,通过层内泵送灌注技术,克服传统加大截面法的不足,实现混凝土框架节点快捷有效的加固,并通过ANSYS数值模拟验证了其有效性[16]。此外,胡克旭等(2010年)通过5个试件的低周反复试验(其中1个为对比试件),模拟地震作用对框架节点的损坏,采用新型加固材料对框架节点进行加大截面法加固,结果表明,节点的抗裂度、抗剪强度、刚度和变形能力可得到显著提高;并在试验基础上,提出了计算加固后节点抗剪承载力的公式,其综合考虑了加固部分对原节点抗剪强度的提高、加固部分参与工作程度和节点损伤影响三个系数[17]。郑建岚等(2012年)进行了4个用增大截面法加固框架节点的试验研究,选用的是中间层中节点的十字节点,加固混凝土选用自密实混凝土,新旧混凝土界面经凿毛处理,梁纵筋绕过节点区拉通,柱采用四面围套,梁采取三面U形围套,加载为拟静力加载,改变参数为梁端初始应力,试验结果表明:用自密实混凝土进行增大截面加固框架节点,经界面处理后,新旧混凝土结合良好,没有明显滑移,可以认为新旧混凝土作为整体共同工作;随着梁端初始应力的增加,节点的承载力、刚度和极限变形均有所降低,所以应在设计中引起注意[18]。马景战(2014年)进行了三根基于加强约束节点的增大截面法加固节点试验研究,结果表明,对节点区域采取一定的加强措施,通过加强约束节点后,模型承载力可以达到预期的效果,完成荷载传递的任务,外围新增混凝土有效参与受力,可起到良好的加固效果,验证了“加强约束节点以完成荷载传递”的设计理念的可行性[19]

虽然以上研究与实际工程表明加大截面法加固效果显著,但其施工复杂、影响使用空间的缺点也限制了此法的进一步发展。

1.5.2 粘钢加固法

粘钢加固在国外的研究始于20世纪60年代,1967年南非的Fleming和King完成了素混凝土梁的外贴钢板试验,之后众多学者对粘钢加固后的各种受力构件进行了一系列研究,奠定了粘钢加固技术的理论基础;Hoffschild等(1993)对节点核心区进行了粘钢加固,使核心区得到大大加强,迫使破坏外移[20];任玉贺、余琼等(1996年,2003年,2004年)对4个中节点进行了试验研究,其中三个试件采用粘钢法进行加固,结果表明承载力、延性得到较大改善,但刚度变化不大[21-23];马乐为、刘瑛等(1996年,1997年,1999年,2001年,2003年)对节点核心区配筋不足、强梁弱柱、强柱弱梁、弱弯弱剪、梁纵筋锚固不足等7个中节点进行了粘钢加固试验研究,证明粘钢加固对抗裂度有明显改善,同时指出粘钢加固的前期工作性能较后期好[24-32];蔡健等(2001年)对10个柱角柱体分别用TN胶粘角钢与钢板加固的节点进行了试验研究,结果表明加固方法是可行的,并推导出计算加固节点极限承载力的简便公式[33];刘艳军、樊玲(2003年)通过试验比较了非抗震梁柱中节点、抗震梁柱中节点和粘钢加固非抗震梁柱中节点5个试件,再次证明了粘钢加固的可行性,从而推出了粘钢加固梁柱中节点抗剪承载力的计算公式[34-36];邢海灵(2003年)对6个试件进行了试验研究,其中1个受损试件的梁柱采用粘钢法进行加固,并在外部用30mm厚的砂浆施以保护,加固后节点核心区受到很好的保护,裂缝宽度不大,且未发生压碎现象,但梁柱及其相交处的钢板最后被撕裂,未发挥全部作用[12]。彭述权等(2007年)对6个足尺寸的框架中节点进行低周反复加载试验,其中2个为对比件,2个用粘钢加固,2个用碳纤维加固;试验结果表明,碳纤维布加固能有效改善中节点延性及抗震性能,粘钢加固能明显约束框架中节点区混凝土,从而提高中节点抗剪承载力[38]。Yen等(2010年)制作了13根钢板,粘贴在梁侧面来加固核心区的钢筋混凝土十字形梁柱节点。通过低周反复加载试验研究表明,将钢板用环氧树脂粘贴后再用螺栓或钢箍锚固则可以显著地提高节点的强度、刚度和耗能能力[39]

通过以上研究可以发现,粘钢加固法可以较大程度地改善节点核心区受力,避免核心区受剪破坏,同时可以大大提高节点的延性,但钢板在受力后期易发生撕裂,特别是受力集中的梁柱交界面钢板弯角处容易先被拉开,钢板不能继续发挥作用,导致梁发生脱离柱面的较大转动,难以实现加固目标,而且粘结钢板的撕裂往往带有突发性,承载能力与刚度随之急剧减小,表现为脆性破坏特征。

1.5.3 外包钢加固法

外包钢加固法可以较大幅度地提高构件的截面承载力,同时又不过多地增大原构件的截面尺寸。Migliacci等(1983年)利用角钢钢板条组成的钢套对节点进行了加固,其中钢板条利用预热法施加了预应力,结论指出,钢套可以提高节点的强度与耗能能力[40];李明顺等(1988年)以轴压比为主要参数,进行了10个足尺外包钢混凝土平面框架内节点在反复荷载下的破坏性试验,对节点核心区开裂前的应力状态进行了有限元法计算和分析,对节点核心区的抗剪强度按《建筑结构设计统一标准》中的概率方法得出实用公式,同时对影响节点延性性能的因素进行了定性分析[41];刘哲等(1992年)以轴压比为参数,对4个外包钢加固的节点受力性能进行了试验研究,加固节点抗剪承载力显著提高,但轴压比对核心区抗裂性无明显影响[42];朱聘儒(1994年)通过三批共11个中间节点试件的试验,研究了混凝土框架外包钢节点的受力性能,试验表明,外包钢节点核心区约束性好、箍筋受力均匀、抗裂性及抗剪承载力均有明显提高,同时根据24个外包钢节点试件的试验结果,提出了这类节点的抗裂计算公式及抗剪承载力计算公式[43];Biddah and Ghobarah(1997年)提出一种新的外包钢板加固节点法,即用波纹状薄钢板套加固钢筋混凝土框架节点,由于采用波纹状薄钢板降低了钢材用量,可减少加固费用,同时采用在波纹状薄钢板内侧灌浆的技术,加强了外包钢板与混凝土构件的粘结,使得钢板套对节点处混凝土的约束增强,节点的延性显著提高[44];刘畅、白宇飞等(1998年,1999年)根据外包钢框架节点在单调荷载下的抗剪试验,分析了节点核心区从开裂状态到极限状态的抗剪强度,提出了各主要抗剪因素的抗剪强度计算公式[45-46];吴涛、白国良等(2002年,2004年)通过3个外包钢混凝土框架边节点的试验以柱轴压比、梁角钢布置形式及配钢率等为主要参数,得出边节点柱设计轴压比不宜超过0.5[47-48];霍丽南(2004年)通过五个外包钢混凝土边节点1/4比例模型试验,得出包钢加固提高了节点的抗剪强度,节点核心区混凝土的抗裂强度随轴压比增大呈线性关系提高,但轴压比不宜超过0.5[49]。陆洲导等(2010年)考虑正交梁的影响,设计制作了4个三维钢筋混凝土框架节点,先对框架节点进行预震损,然后裂缝修补后通过外包钢套法加固进行低周反复破坏试验,研究结果表明,外包钢套法可以显著提高节点刚度、延性等抗震性能,通过外包钢套加固后,预震损节点的承载力和抗震性能恢复并超过了预震损前节点的承载力和抗震性能[50]。徐福泉等(2007年)进行了预应力包钢法加固梁柱节点在低周反复荷载作用下的试验研究,其中1个为对比试件,4个为加固试件,具体加固方法是在混凝土构件四周用型钢包裹,采用高强度螺栓施加双向水平预应力;试验结果表明,体外预应力螺栓箍起到箍筋的作用,有效地提高了节点的受力性能,并根据试验结果提出了预应力包钢法加固节点受剪承载力实用计算方法[51]。余江滔等(2010年)对8个梁柱板节点进行了预震损和反复荷载实验,其中1个为对比件,4个用BFRP加固,3个用外包钢套法加固;结果表明,BFRP加固和外包钢套加固都能够显著提高节点的受力性能和延性,包钢套加固更能显著地提高节点极限承载力和极限位移,极限承载力和极限位移大约提高了40%和70%[52]

综上所述,外包钢加固可以有效地改善节点核心区的受力性能,提高其抗裂强度,同时节点的延性也得到显著提高,但这种加固方法同样存在受力后期外包钢与混凝土难以协同工作的问题。

1.5.4 预应力加固法

预应力加固法适用于要求提高承载力、刚度、抗裂性和加固后占用空间小的混凝土承重结构,具有可以卸载、加固及改变结构受力的特点。Migliacci等(1983年)对加固节点外包钢板条采用预热法施加了预应力,但事实证明这种施加方法不易控制[40];刘敏(2004年)采用张拉高强度螺栓,并通过角钢传递预压力的方法对4个节点进行了加固试验,结果表明,加固节点的开裂荷载、受剪承载力、延性和耗能能力均得到提高,根据试验结果提出预应力包钢加固节点的受剪承载力计算公式,公式中以承载力降低系数0.7作为安全储备[53]。徐福泉等(2007年)提出了预应力包钢加固法,即在混凝土构件四周包以型钢,采用高强度螺栓对外包钢施加双向水平预应力的先进加固新技术,克服了直交梁在空间上的障碍,进行了4个梁柱节点试件在反复荷载作用下的试验,试验表明,采用预应力包钢法加固梁柱节点,可有效提高开裂荷载,承载力和延性显著提高,加固螺栓箍可以有效参与工作[54]。黄群贤(2014年)提出一种新型预应力钢丝绳加固RC框架节点的加固技术,对7个加固试件及2个对比试件在水平低周往复荷载作用下进行了抗震性能试验,试验结果表明,预应力钢丝绳能有效抑制节点核心区裂缝的开展,提高节点核心区抗剪承载能力,实现破坏位置转移和破坏形态改变,加固试件的破坏形态由对比试件的节点剪切破坏转变为梁端弯曲破坏,加固后试件承载能力、耗能能力和延性等抗震性能指标均明显提高[55]。杨勇等(2018年)提出了预应力钢带加固RC节点梁柱节点技术,对4个加固试件和一个加固试件进行了水平往复荷载下的抗震试验研究。研究表明,加固后试件的破坏模式由未加固试件的梁端弯曲、节点剪切破坏变为梁端弯曲破坏,预应力钢带能有效抑制节点核心区裂缝的开展,减小节点剪切变形,提高节点承载能力和耗能能力[56]

预应力加固法虽然可以通过预应力有效地改善节点区受力性能,但其预应力施加控制及预应力损失都难以精确确定。

1.5.5 外贴纤维加固法

国外将FRP应用到加固领域始于20世纪80年代中期,主要用FRP板代替钢板进行外贴维修。之后由于其良好的性能,应用逐渐推广,研究也不断深入,但多针对梁、柱等简单构件,而用于节点及框架的研究直到20世纪末才展开。Geng等(1998年)对仅在靠近节点的柱上下端进行CFRP布包裹加固的4个足尺和15个1∶4中节点进行了试验研究,结果表明加固效果非常明显,但本试验在受力分析中仅考虑了柱的轴压力,这显然与实际情况不符[58];Jianchun Li等(1999年,2002年)对3个中节点进行了静载试验研究,其中1个采用混合FRP进行外包加固,重点观察了加固节点的强度与刚度[59-60];Mosallam(2000年)又对与Geng类似的抗剪不足的中节点进行了试验研究,但仍然与传统的斜压杆受力模型存在较大差距[61];Gergely等(2000年)进行了14个1∶3边节点模型在模拟地震作用下的试验研究,其中10个试件采用CFRP加固,不同的是粘贴片材的形状、纤维方向及混凝土表面处理情况,通过对比发现,加固节点的强度、延性和耗能性能得到显著提高[62];Parvin等(1999年)采用有限元软件ANSYS对不同FRP片材加固边节点进行了数值分析,结果表明,FRP材料的选择、FRP片材和箍的放置位置及厚度对加固效果影响非常大[63];Pantelides等(1999年,2000年,2001年)在研究CFRP加固桥墩桩帽基础上,又对弱边节点进行了CFRP加固的试验研究,为防止片材剥离及对柱铰区提供足够的约束,将CFRP片材向柱上下分别延伸一段,并对重叠区域进行了机械锚固,结果表明节点抗剪强度提高了25%,楼层位移达到5%[64-66];Prota等(2000年,2001年,2002年)将CFRP筋沿梁柱轴线植入,并在柱靠近节点的区域环包CFRP进行防剥离处理,结果表明节点的强度与延性大大提高,但是作者未做进一步的研究[67-71];Granata等(2001年)对6个采用Kevlar加固的边节点进行了试验研究,通过变换粘贴FRP的布置位置和厚度来观察粘贴材料对节点抗弯能力的改善情况,结果表明加固节点抗弯能力提高60%,同时指出柱环箍厚度应比平铺片材厚度至少要大35%[72];Ghobarah等(2001年,2002年,2004年)对三组12个足尺边节点进行了试验研究,第一组(4个)节点剪力不足,第二组(3个)梁纵筋在节点内的锚固不足,第三组(5个)为前二者的组合,根据各组实际情况采用GFRP对9个节点进行了不同加固,通过对比发现加固后的节点核心区开裂得到有效限制,梁筋滑移随之减小,从而改善了整个节点的抗震性能[73-76];Antonopoulos等(2001年,2002年,2003年)对15个2/3边节点进行了试验研究,通过改变FRP条带或片材、机械锚固、FRP种类、轴压比、损坏与否等参数进行对比分析,虽然加固节点性能都得到较大提高,但都发生了剪切破坏,同时还对3个有直交梁的边节点进行了试验研究,其中两个采用CFRP片材进行加固,但试验过程中均发生了剥离,CFRP片材未得到有效利用[77-79];欧阳煜(2001年)对三组不同核心区配箍率的GFRP片材加固节点进行了低周反复荷载试验,并采用传统的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分析加固节点的受力机理,提出了节点核心区水平剪力的计算模型,给出了GFRP片材参与工作的节点抗剪承载力计算方法,但是作者未对梁铰总是出现在梁柱交界面上的现象做进一步分析[80];虞坚茹(2002年)利用有限元法对上述试件进行了数值分析,所得荷载-位移曲线和试验测得数据符合良好,并采用桁架模型,推导出了用FRP加固后节点核心区抗剪承载力的验证公式和设计公式[81];洪涛(2002年)对五个轴压比为0.3~0.5的中节点先进行不同程度的破坏试验,然后用CFRP加以修复,试验结果显示在相同的荷载作用下,增大轴压比有利于核心区抵抗剪力,但是作者并未进一步分析轴压比增大对其他方面的影响[82];陆洲导、谢莉萍、王李果等(2002年,2003年,2004年)对5个低配箍节点进行了试验研究,节点水平抗剪箍筋和垂直抗剪箍筋配筋率均为0.4%,小于建筑抗震规范的最低要求,其中一个试件节点区没有包裹CFRP,模拟实际结构中存在直交梁的情况,试验结果与随后的数值分析表明加固后的低配箍节点受力机理仍以斜压杆为主,根据实测的节点区箍筋应变值可以发现,未加固节点的应变要大许多,说明节点区粘贴的CFRP可按抗剪箍筋来考虑,之后又对火灾后的框架进行了CFRP和预应力加固试验,通过分析发现CFRP加固可以得到很好的延性,但刚度与极限承载力提高不足[83-89];余琼等(2003年,2004年,2005年)对轴压比为0.154~0.301的4个未受损和5个受损节点进行了试验研究,结果表明,无论受损与否,试件经CFRP加固后节点破坏方式由核心区破坏转变为梁受压区混凝土被压碎破坏,极限承载力得以提高,而且提高幅度相近,即受损对CFRP加固节点极限承载力影响小,同时得出在轴压比小于0.3时,受损对加固试件延性影响也小,但受损会对试件的初期、中期刚度影响较大,导致耗能能力下降[22,23,90-92];王步、王溥、夏春红等(2003年,2004年,2005年,2006年)分别对7个足尺中节点、3个边节点和两榀两层两跨的1∶2.5框架进行了梁端加腋与粘贴CFRP的组合加固和单一CFRP加固试验,为了更接近实际情况,仅有一个中节点在核心区进行CFRP加固,通过试验结果对比发现,组合加固方式对极限承载力、延性等提高程度均大于单一的CFRP加固,这是由于节点区面积增大导致梁端刚度和抗弯强度与节点核心区的抗剪强度和刚度的提高,但同样也给施工与立面处理带来困难,中节点加固试验中有两个节点出现了节点核心区破坏与梁端弯曲破坏共同发生的现象,原因是梁柱加固提高过多[93-98];黄小奎(2003年)对5个(两个非加固试件、一个抗震试件、两个CFRP加固试件)足尺梁柱中节点试件进行了试验研究,通过三者的对比表明,CFRP加固对承载力提高幅度不高,原因是加固后CFRP布并不能充分发挥其强度,但可以显著改善节点抗震性能,同时作者还利用有限元程序进行了对比分析,理论结果与试验结果基本相符[99-100];吴蓉(2006年)采用有限元方法对上述作者的试件进行了分析[101];周波(2003年)等对动力作用下CFRP加固九层框架结构进行了有限元分析,采用模态迭加法对整体框架进行计算,得到框架结构顶层的时程位移曲线和各楼层的最大层间位移转角等动力响应,结果表明,CFRP加固框架结构能够提高混凝土的强度,延缓混凝土的开裂,增加框架柱的延性,改善框架结构的抗震性能[102-103];魏文晖、熊耀清等(2003年,2004年,2006年)先对用CFRP加固的钢筋混凝土框架结构在施加地震波作用下进行了非线性有限元分析,在此基础上又对两个两层单跨的1∶4钢筋混凝土框架结构模型进行了CFRP加固、未加固及震坏后再利用CFRP加固的三次模拟地震振动台对比试验,结果表明,用CFRP加固钢筋混凝土框架能够提高其抗震能力,并且对节点加固比对柱加固在延缓裂缝的开展、增加框架的延性、提高框架的抗震能力方面效果更明显[104-106];吴波、王维俊等(2003年,2004年,2005年)先通过两个CFRP布加固钢筋混凝土框架梁和一个未加固框架梁的对比试验,分析了低周反复荷载作用下CFRP布加固框架梁的加固效果,提出了加固梁的正截面承载力计算方法;之后又对四个CFRP加固钢筋混凝土空间框架节点进行了抗震性能试验,由于直交梁的存在,节点核心区粘贴折线形CFRP布,并对延伸至梁端的部分采用环形梁箍进行锚固,结果表明,CFRP加固能有效提高节点的抗剪承载力,但折线形CFRP布表面加压钢板对加固效果的进一步提升作用不大[107-109];江卫国(2004年)分两批对3个CFRP加固梁柱节点进行了试验研究,通过试验现象与结果,建立了几个界限状态的界限纤维加固量公式来判断加固后的破坏状态,指出在保证梁端承载力前提下,梁端加固区域宜短不宜长,尽量实现在梁端较大区域上出现塑性铰,以改善结构耗能能力,同时讨论了纵向纤维对压弯构件的加固效应,指出加固效应与轴压比有关,纵向纤维不能提高柱轴压比限值,最后用有限元软件对试验进行数值模拟,二者吻合较好[110];刘成伟(2004年)对5个CFRP加固钢筋混凝土斜腿刚架桥节点进行了试验研究,通过分析得出,在加固以后节点的强度、变形能力及承载能力都得到了提高[111];江理平、唐寿高、宋玮等(2004年)利用有限元软件进行钢筋混凝土结构动力响应分析,并给出了一单层单跨框架算例[112];Said等(2004年)对5个足尺边节点进行了试验研究,其中节点J4、J5分别采用GFRP筋、混合配筋,结果显示,采用GFRP筋的节点延性与耗能性能都比较差,但混合配筋的节点可以满足强度、刚度及延性等要求[113-115];Mukherjee等(2005年)对梁纵筋在节点区有无足够粘结长度的两组中节点进行了试验研究,加固方式有两类:①先对节点四角倒角处理,接着在梁柱表面粘贴L形CFRP/GFRP片材,然后梁柱包裹套箍;②预先在节点区开槽,将沿梁上下表面粘贴的CFRP条带伸入凹槽,然后梁柱包裹套箍;结果表明,采用第二类方式加固的节点由于纤维条带得到很好的锚固,表现出的强度、刚度均最大,同时指出用CFRP加固较GFRP刚度提高大[116];陈建强、章梓茂(2005年)采用有限元方法对FRP布加固框架边节点进行了数值模拟,提出了一种能够有效提高框架节点性能的加固方法[117];魏艳芳等(2005年)研究了两个CFRP加固节点在静载作用下的受力性能和四个CFRP加固节点在低周反复荷载作用下的抗震性能,静载试验重点研究了四种锚固方式对加固效果的影响,低周反复试验重点考虑了混凝土强度和锚固方式对加固效果的影响,结果表明,梁端部有封闭CFRP布箍时效果最显著[118-119];王国炎(2005年)对两榀两层两跨框架进行了低周反复荷载下的试验研究,率先提出了用角铝(钢)来解决CFRP在框架梁柱节点凹角处弯折问题的方法,并用有限元方法对其进行了分析,结果证明角铝(钢)的存在可以有效地限制CFRP的滑移[120]。郭百平(2005年)对FRP加固梁柱节点的传力机理进行了分析研究[121];Balsamo等(2005年)对一榀四层两跨的框架进行了拟动力试验,框架先进行设计地震和1.5倍设计地震两次拟动力试验,采用CFRP加固后再次进行两次拟动力试验,试验结果表明,震损框架经CFRP加固后可以和原框架有相同的耗能能力,并且能在强度没有下降的情况下拥有大变形能力,同时也没在加固框架中发现明显的局部破损,证明CFRP加固带来的安全性、实用性及有效性[122]。江传良(2006年)对5个足尺中节点进行了试验研究,其中2个CFRP加固平面节点、2个CFRP-钢架混合加固有直交梁的节点,后者模拟空间节点的加固方法,但是试验仍然发生了节点受剪破坏[123-124]。刘进军等(2010年)通过碳纤维加固框架节点低周反复荷载试验研究得出,外包碳纤维法可明显提高节点的延性,优化受力,并且根据锚固方式的不同,改善的情况也随之波动,当节点发生破坏时破坏面主要集中在梁柱交接处[125]。Azadeh Parvin(2010年)等用碳纤维对非抗震设计的边节点进行了加固研究,通过控制轴压比和加固形式的不同,来研究这些因素对节点加固后的钢筋粘结滑移、滞回性能、刚度退化、耗能能力等的影响,分析认为轴压比和加固形式是影响节点加固后抗震性能的两个重要因素[126];Abdelhak Bousselham等(2010年)研究了目前世界范围内的节点加固情况,从节点形式、设计缺陷、纤维材料、加固方式等方面分析对比节点加固后的力学性能[127];Kien Le-Trung等(2010年)研究了8个边节点试件采用四种不同碳纤维加固形式(T形,L形,X形和条带形)加固后的力学性能,结果表明,四种加固形式都能不同程度地提高试件的强度和延性,其中X形加固的效果最好,L形加固的效果最差[128];Saleh H.Alsayed等(2010年)用两种不同的加固形式加固边节点,第一种是碳纤维加固核心区,第二种是碳纤维加固核心区且延伸到梁柱截面,结果表明,两种加固方式均能提高节点抗剪承载力,从而改善节点抗震性能,并且第二种加固形式的效果更好[129];Seyed.S.Mahini等(2010年)研究用碳纤维加固未进行抗震设计的边节点,提出四种加固失效模型:碳纤维剥离、纵筋屈服碳纤维断裂、纵筋屈服后混凝土受压区压碎、纵筋屈服后混凝土受压破坏,并逐一分析其受力模型,研究发现,碳纤维加固方式和用材数量是影响加固性能的重要因素[130];Saptarshi.Sasmal等(2010年)通过非线性有限元理论模拟不同碳纤维加固形式加固节点,分析比较这几种不同形式加固后节点的性能,找出影响节点加固性能的因素[131];冼巧玲等(2007年)研究碳纤维加固空间节点的性能,表明碳纤维布加固的方式能提高空间节点承载力,显著改善其延性、耗能能力等抗震性能,且选用合理的构造措施(如角钢加腋等),对于提高节点的屈服强度、极限强度和屈服后刚度的加固效果更为明显[132];王作虎等(2009年)用芳纶纤维和玄武岩纤维分别对钢筋混凝土框架梁柱节点处进行加固试验,研究不同纤维复合材料对框架节点加固后抗震性能的效果,试验的结果表明,此两种不同材料加固方法均能使节点承载力和极限水平位移得到显著提高,节点的破坏模式从加固前的核心区受剪切破坏转化成碳纤维加固后柱端受弯曲破坏,从而试件的破坏形式由脆性的破坏转化为延性的破坏,提高了结构的承载能力,因此这种对节点加固的方式是起作用的,可以广泛应用于实际工程中[133-134]。常正非(2017年)对碳纤维加固框架受损节点进行低周反复荷载试验研究,结果表明,受损节点的破坏模式由原先的脆性破坏模式转变为延性破坏模式,节点为“强梁弱柱”且轴压比较大时,对节点的延性有较大提高作用,节点受损后采用碳纤维布加固,其强度退化和刚度退化均得到了一定程度的改善[135]

由以上研究可以看出,利用FRP外贴、环包可以有效约束混凝土、延缓裂缝的开展,显著提高混凝土的工作性能,从而提高节点的强度、刚度,改变其破坏方式等,使节点的抗震性能得到改善,但在受力后期也同样存在剥离、断裂等问题,尤其是在不易处理的梁柱交界面处,往往需要特殊处理才能防止剥离,如采用角钢、角铝钢锚固[120],然而这些锚固构件在受力过程中却承受了大部分的作用,说明粘贴FRP在加固节点梁柱交界面上存在不足,如果梁柱交界面处得不到较好的处理,则会出现强梁、强柱、弱连接的不利破坏形式,同时这些结论多是根据平面节点与框架进行数值模拟与试验研究得到的,与实际情况存在较大的差异,比如由于板的存在梁不能进行环包、直交梁的存在使节点核心区不能进行加固处理等。

1.5.6 其他加固方法

French等(1990年)对2个节点核心区梁筋锚固不足的中节点进行了试验研究,先对节点适度破损,然后采用压力注浆和真空注浆法进行加固,加固节点的刚度、承载力和耗能能力85%得到恢复,但加固节点最终破坏还是出现了严重的粘结失效[136]。这一点同时也出现在Beres等(1992年)、Filiatrault and Lebrun(1996年)与Karayannis等(1998年)的试验中[137-139],因此可以得出注浆加固难以恢复节点内梁筋的粘结性能。

曹忠民等(2005年,2006年,2007年)对5个平面中节点和3个带直交梁与楼板的空间框架节点进行了试验研究,其中6个采用高强钢绞线网片-聚合物砂浆进行加固,虽然经过加固后的节点受剪承载力有所提高,但破坏并没有出现明显的梁塑性铰,因此节点的延性仅得到有限的提高[140-144]

Pampanin等(2006年)对4个未布置箍筋的边节点进行了试验研究,其中3个采用金属斜撑杆体系加固,并提出了外移塑性铰加固的思想,结果表明,加固节点由节点剪切破坏转变为梁塑性铰破坏,塑性铰出现在金属斜撑杆的边缘,节点的延性得到很大的改善。但是金属斜撑杆需要特殊加工,且斜撑杆的布置类似于加大截面法梁柱加腋,影响了使用空间[145]

朱彦鹏等(2010年)对3个采用体外交叉钢筋加固的T形角节点进行了试验研究,结果表明,该加固技术可以有效地提高节点核心区抗剪能力,加固后其承载能力和延性都得以大幅度提高[146]

殷新宇(2019年)在现有的钢筋混凝土框架节点加固技术研究的基础上,提出了一种新的钢筋混凝土框架节点加固装置,即采用在梁端打孔、穿螺杆,对螺杆施加预应力给节点(柱体),从而施加向心约束,实现对节点的加固,克服了已有加固节点核心区约束不均匀的缺点,以及传统加固框架节点正交梁的存在所造成的空间障碍。本试验针对所提出的新的节点加固装置,对加固后节点分别从承载力、刚度及抗震性能进行了分析与研究,但需要进一步进行试验研究来充分分析该加固装置加固节点的受力机制,从而验证该加固装置的可靠性[147]