传统框架及楼板局部设缝框架动力弹塑性时程分析

本文提出楼板局部设缝框架结构,即在框架梁端塑性铰范围的侧向楼板内设置贯穿板厚的通缝,以消除现浇楼板及纵筋对梁端抗弯承载力的贡献,实现"强柱弱梁"的屈服机制。分析了小震和大震作用下,传统框架与楼板局部设缝框架的地震反应,研究大震作用下结构的塑性铰分布,表明楼板局部设缝框架结构能改善其屈服机制,实现"强柱弱梁"的抗震要求,提高结构抗震性能。     

传统框架及楼板局部设缝框架“强柱弱梁”实现综述

框架结构实现"强柱弱梁"是抗震的目标之一,本文针对框架结构抗震性能的研究现状进行了详细阐述,表明现浇楼板及板内纵筋对框架梁端实际抗弯承载力的贡献不可忽略,导致框架结构形成"强梁弱柱"的柱铰屈服机制。进而介绍了楼板局部设缝框架结构,即在框架梁端塑性铰范围的侧向楼板内设置贯穿板厚的通缝,以消除现浇楼板及纵筋对梁端抗弯承载力的贡献,实现"强柱弱梁"的屈服机制。     

双向地震作用下传统框架与楼板局部设缝框架动力弹塑性分析

本文对双向地震作用下传统框架和楼板局部设缝框架进行了动力弹塑性分析。结果表明,楼板局部设缝框架在极限状态下框架梁端受拉钢筋应力高于框架柱相应值,并且塑性铰主要分布在框架梁端,呈梁铰屈服机制,而传统框架塑性铰主要分布在柱端,呈柱铰屈服机制。因此楼板局部设缝框架能满足"强柱弱梁"的抗震要求,从而改善了结构的抗震性能。     

楼板局部设缝框架结构静力弹塑性分析

框架结构实现"梁铰屈服"机制是保证大震不倒的措施之一。本文在以往研究的基础上,提出楼板局部设缝框架结构,即在框架梁端塑性铰范围的侧向楼板内设置贯穿板厚的通缝,以消除现浇楼板及其纵筋对梁端抗弯承载力的贡献,实现梁铰屈服机制。文章针对7度和8度设防烈度的设缝框架和传统框架分别进行静力弹塑性分析,研究结构P-Δ变形曲线、塑性铰分布以及结构的屈服机制,并分别对楼板局部设缝框架和传统框架进行抗震能力评估。结果表明,楼板局部设缝能改善框架结构的屈服机制,满足"强柱弱梁"抗震要求,提高结构抗震性能。     

楼板局部设缝框架的柱端弯矩增大系数可靠指标分析

本文通过对楼板局部设缝框架的柱端弯矩增大系数可靠指标分析,表明柱端弯矩增大系数η_c随实配系数λ_s增大而增大,且实配系数λ_s是框架结构实现"强柱弱梁"最大的制约因素。在λ_s=1. 0时柱端弯矩增大系数η_c=1. 6;在λ_s≤1. 1中节点柱端弯矩增大系数η_c≤1. 7,边节点下部受拉柱端弯矩增大系数η_c≤2. 2;可见,楼板局部设缝框架对框架结构采用现行《建筑抗震设计规范》中的柱端弯矩增大系数有助于实现"强柱弱梁"屈服机制。     

浅析一般多层框架强柱弱梁屈服机制的实现

为了研究一般多层框架结构"强梁弱柱"屈服机制,对7个典型框架柱模型进行试算。研究结果表明,对于Ⅰ—Ⅲ类场地,抗震设防7度以下的框架柱纵筋大小不由地震作用参与的组合控制,同时规范规定的框架柱端弯矩增大系数ηc不起控制作用;对于Ⅳ类类场地,抗震设防烈度为7度时框架柱纵向钢筋的大小主要由地震作用参与的组合控制;柱距为8 m的模型在Ⅲ类场地抗震等级为二、三级时,开始出现部分框架柱由地震作用组合控制配筋的情况;根据规范采用框架柱端弯矩增大系数ηc调控柱端弯矩,同时用最小配筋率提高柱的实际承载能力等措施不能保证强柱弱梁屈服机制的实现;强柱弱梁屈服机制可通过进一步减弱框架梁的抗弯承载力来实现。     

考虑现浇楼板的柱端弯矩增大系数可靠指标分析

本文分析了考虑梁侧楼板有效翼缘宽度范围内板配筋的框架柱端弯矩增大系数可靠指标关系,表明考虑梁侧现浇楼板配筋,抗震规范给出的柱端弯矩增大系数难以实现梁铰屈服机制,柱端出现塑性铰难以避免。分析表明,柱端弯矩增大系数取值达到2.0以上,才能满足建筑结构安全等级为二级时延性破坏的可靠指标β基准值。     

新旧建筑抗震设计规范关于“强柱弱梁”的对比和分析

从框架柱弯矩调整系数、抗震构造措施等方面对我国新旧建筑抗震设计规范(GB 50011-2010和GB 50011-2001)关于"强柱弱梁"上规定的差异进行了比较分析,详细地分析了影响"强柱弱梁"实现的主要因素。采用新旧两个抗震设计规范分别对抗震等级为一、二、三级的3个钢筋混凝土现浇楼板框架结构进行了计算分析,分别计算新旧两个规范下,考虑现浇楼板及其钢筋对框架梁抗弯承载力的贡献时节点处柱梁端实际抗弯承载力比,并对其进行了比较分析。     

钢筋混凝土框架柱端弯矩增大系数初探

四川汶川地震中,房屋典型的震害表现为,一些钢筋混凝土框架结构柱端出现了严重的塑性铰,而梁端震害反而较轻,"强柱弱梁"的抗震设计目标在混凝土框架中未能实现。本文首先总结了我国现行规范中关于"强柱弱梁"的相关规定及存在的问题,然后分析不同柱端弯矩增大系数对框架结构塑性铰分布的影响,结果表明,当柱端弯矩增大系数取为1.7时能有效地实现"强柱弱梁"。     

基于梁铰机制的柱端弯矩增强措施研究

汶川地震中钢筋混凝土框架结构塑性铰普遍出现在柱端,该震害现象促使我国抗震规范在2010版提高了"强柱弱梁"措施。新的柱端弯矩增大系数取值对一、二抗震等级而言与已有研究结果相近,但低烈度区、三级抗震的取值仍缺乏依据。该文按现行中国规范设计5个位于Ⅱ类场地的不同设防烈度分区、不同抗震等级的规则钢筋混凝土平面框架,讨论现浇板钢筋、梁下部纵筋等对"强柱弱梁"措施的影响规律。以强震下除底层柱下端外其他柱截面纵筋不屈服的梁铰机制为原则建立非线性计算模型,对每个框架分别输入30条符合要求的地震波,在OpenSees平台上对5个框架进行罕遇地震下的非线性反应分析,并对柱端弯矩增大系数需求进行统计分析。结果表明,对于7度区三级抗震框架的柱端弯矩增大系数,抗震规范取1.3明显不足,建议提高其取值,并同时附加将中间节点处绝对值较小的梁端负弯矩取为零的计算原则;8度区二级框架、9度区一级框架的柱端弯矩增大系数需求的统计结果较规范取值偏大得相对较少。基于梁端实际配筋和材料强度标准值的柱端弯矩增大系数需求的统计特征值离散性更小、沿楼层变化不大,同时其已包含板钢筋的贡献,是相对更好的"强柱弱梁"措施形式,此时抗震规范的一、二抗震等级的弯矩增大系数仍有待提高。     

设置角缝现浇钢筋混凝土框架节点楼板抗震性能研究

利用有限元软件ADINA对现浇钢筋混凝土框架节点做了拟静力分析。对普通梁柱节点及周围楼板设角缝节点的计算结果做了对比。结果表明,随着加载位移的增加,梁肋附近楼板钢筋应力有明显增加,说明楼板对梁的抗弯能力有增强的作用。在不影响节点承载力的条件下,楼板设角缝能局部削弱梁的抗弯能力,梁受力主筋屈服时间明显提前,梁筋屈服时柱身混凝土裂缝也有所减少,梁端与柱端塑性铰出现时间间隔加大,使节点在受到地震作用破坏时更接近梁铰机制的特点。     

水平地震作用下钢筋混凝土平面框架弯矩调幅研究

从承载能力极限状态的角度出发,通过一个受水平集中力的单层单跨框架模型,研究了钢筋混凝土平面框架结构在水平地震作用下的破坏规律。研究结果表明,在水平力作用下,框架梁端屈服将导致框架柱底端弯矩急剧增大,平面框架结构将提前屈服。这表明框架梁的弯曲刚度对框架的承载力有显著的影响,梁端弯矩调幅将降低平面框架结构的承载力。另一方面,框架梁端屈服以后框架结构的侧移将迅速增长。在水平地震作用下,梁端弯矩调幅将增大框架结构倒塌的风险,结构偏于不安全。当按照《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)进行设计时,在保证形成"强柱弱梁"破坏机制的前提下,钢筋混凝土平面框架结构不应进行弯矩调幅。     

一级抗震预应力混凝土框架混合出铰机制下柱端弯矩增大系数研究

按GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》要求,对一级抗震预应力混凝土框架结构(简称"一级PC框架")进行"强柱弱梁"调整时,会出现中柱配筋面积过大及节点受剪承载力不足等问题。为降低中柱配筋,提出了一级PC框架结构"弱化中柱"、"强化边柱"的"强柱弱梁"调整方案,即通过弱化中柱配筋、强化边柱配筋,定义"强柱弱梁"框架为"罕遇地震作用下中柱和PC梁出现塑性铰,边柱除底层柱底外基本不出现塑性铰"的混合出铰有限延性框架。以4榀按抗震设防烈度8度(0. 2g)设计的不同跨数、层数的一级PC框架为研究对象,进行柱端弯矩增大系数研究。首先弱化中柱配筋,然后以控制边柱纵筋临界屈服为目标,对各个PC框架算例输入30条罕遇地震水准的地震波进行弹塑性时程分析,由梁实际配筋的正截面受弯承载力反算边柱所需的柱端弯矩增大系数,并经统计分析后提出具有明确概率意义的增大系数建议值。按照上述调整方案对算例进行再设计和弹塑性时程分析,结果表明,该调整方案能够避免结构在罕遇地震作用下出现整体和局部破坏,边柱除底层柱底外基本不出现塑性铰,上部楼层边柱总体安全储备较大,结构表现为以中柱和预应力梁出现塑性铰的混合耗能机制。     

考虑梁板柱空间协同效应RC框架“强柱弱梁”抗震设计效果非线性仿真分析

采用三维实体退化虚拟层合单元非线性有限元分析法,考虑梁板柱空间协同效应,经对一水平荷载作用单跨单层RC空间框架试验和一双跨四层RC空间框架底层边柱失效竖向倒塌试验进行模拟分析并与其试验结果对比验证之后,对按现行规范设计抗震等级二级和三级的双跨六层RC空间框架模型进行非线性有限元分析与研究,得出梁板空间协同经历"全开间T形截面"整体抗弯向"T形翼梁"+2"板带"抗弯机制转变;下部框架梁先行出铰,加快底层框架柱塑性铰出现,进而导致上部框架柱弯矩增大;抗震等级一级、二级RC框架能够达到"强柱弱梁"预期效果,而三级、四级框架则不能完好或不能实现"强柱弱梁"抗震设计机制等研究结论。     

考虑梁板柱空间协同效应RC框架“强柱弱梁”抗震设计效果非线性仿真分析北大核心CSCD

采用三维实体退化虚拟层合单元非线性有限元分析法,考虑梁板柱空间协同效应,经对一水平荷载作用单跨单层RC空间框架试验和一双跨四层RC空间框架底层边柱失效竖向倒塌试验进行模拟分析并与其试验结果对比验证之后,对按现行规范设计抗震等级二级和三级的双跨六层RC空间框架模型进行非线性有限元分析与研究,得出梁板空间协同经历"全开间T形截面"整体抗弯向"T形翼梁"+2"板带"抗弯机制转变;下部框架梁先行出铰,加快底层框架柱塑性铰出现,进而导致上部框架柱弯矩增大;抗震等级一级、二级RC框架能够达到"强柱弱梁"预期效果,而三级、四级框架则不能完好或不能实现"强柱弱梁"抗震设计机制等研究结论。     

从汶川地震框架结构震害谈“强柱弱梁”屈服机制的实现

对汶川地震中钢筋混凝土框架结构的主要震害现象进行了简要分析。重点针对地震中框架结构未出现抗震设计所预期的"强柱弱梁"屈服机制的现象,从填充墙等非结构构件和楼板的影响、可能导致框架梁承载力和刚度增大的原因、造成框架梁端超配筋的原因、影响框架柱承载力发挥的原因,以及结构在大震下受力状态变化和不同受力阶段的梁柱构件的可靠度差异等方面进行深入的分析,并提出了有关建议,为今后框架结构设计实现"强柱弱梁"屈服机制和规范修订提供了参考。     

钢筋混凝土框架结构梁端受弯承载力放大系数研究

现行规范通过设定柱端弯矩增大系数来实现钢筋混凝土框架结构"强柱弱梁"的破坏机制,实际工程中梁端的实际受弯承载力往往大于设计弯矩,其增大系数可能超过规范规定的柱端弯矩增大系数,导致地震发生时出现柱铰破坏机制。通过分析梁中受压钢筋和梁侧现浇板内配筋对受弯承载力的影响,计算出梁端受弯承载力放大系数,并与规范规定的柱端弯矩增大系数进行对比,针对柱端弯矩增大系数提出设计建议。     

环梁连接的RC梁-钢管混凝土柱框架试验研究

介绍了一个采用钢筋混凝土 (RC)环梁连接的 2层 2跨RC梁 -钢管混凝土 (STCC)柱框架的拟动力试验和静力试验。为了研究环梁在地震作用下的破坏形态 ,大部分节点设计成“弱环梁、强框架梁” ,即环梁屈服先于框架梁 ;少量节点设计成“强环梁、弱框架梁” ,即框架梁屈服先于环梁。试验表明 :小震时 ,框架的刚度降低很少 ;中震时 ,刚度降低约 3 0 % ;大震时 ,层间位移角小于 1 10 0 ;即使弱环梁已经破坏、层间位移角达 1 3 4,框架的承载力仍未下降 ;能够实现“强柱弱梁”和实现塑性铰形成于框架梁端的“强连接、弱构件”的抗震设计概念。RC环梁与STCC柱之间局部范围的缝隙不影响框架的整体抗震性能 ;环梁与柱之间几乎无相对竖向滑移。采用RC环梁连接的RC梁 -STCC柱框架具有良好的抗震性能。     

水平地震下钢-混凝土组合框架结构极限抗震与强柱构造

"强柱弱梁"是当前国际上主流的工程结构抗震设计理念,已有地震灾害调查表明,由于地震作用机制的复杂性以及对工程结构极限抗震认识的不足,强震作用后框架结构除出现梁铰的"强柱弱梁"破坏之外,还出现整体倒塌、柱铰以及局部楼层倒塌的"强梁弱柱"破坏。为合理认识各类破坏形式,首先对传统的塑性铰概念细分为"压铰"和"拉铰",指出"拉铰"容易引发结构整体失稳;随后以钢-混凝土组合框架结构为对象,建立并采用实体单元与壳单元为主的组合框架结构有限元精细化抗震计算模型,开展组合结构极限抗震分析,初步探讨各水平地震波工况对组合框架结构位移、应力、轴压比等时程响应以及框架梁柱塑性耗能分配机制、塑性铰形成模式与失效机制的影响规律。分析结果显示:1)柱端拉筋减小了钢管与混凝土之间滑移,从而增大了柱和框架的刚度,降低了钢管和混凝土的应变水平,增大了钢梁的应力水平; 620 cm/s2及以上强度的地震波作用时,柱端拉筋构造可显著减小组合框架结构的最大层间位移角,在接近极限强度的水平地震波作用时,柱端拉筋屈服,框架梁端混凝土板纵筋一般不易屈服; 2)"强梁弱柱"组合框架表现为"约束梁"与"耗能柱",此时框架梁对框架柱约束较强,框架以框架柱耗能为主而梁端仅形成"压铰",此时框架的耗能能力取决于框架柱;"强柱弱梁"组合框架表现为"耗能梁"与"承载柱",此时框架梁对框架柱约束较弱,框架以框架梁耗能为主使得梁端先形成"压铰",当梁端耗能至极限时形成"拉铰"引发框架柱长细比增大,导致框架加速失效,不利于发挥框架柱耗能潜力; 3)柱端拉筋技术的"强柱"构造将提高组合结构的刚度、塑性耗能与抗倒塌能力,强柱构造对以柱耗能为主的6层框架抗震能力提升尤其显著。     

楼板参数对RC框架结构抗侧屈服机制影响非线性仿真分析

采用三维实体退化虚拟层合单元非线性有限元分析法对按现行规范设计的抗震等级三级的两跨六层RC空间框架模型进行仿真分析,结果表明,随水平荷载增大框架梁端负弯矩和正弯矩区域的梁板由"全开间T形截面"整体抗弯分别向"三梁"("T形翼梁"+两"梁间板带")抗弯模式和"T形翼梁抗弯"+两"梁间板膜抗拉"模式转变;楼板参数对RC框架结构抗侧刚度和抗侧承载力影响明显,板顶钢筋对RC框架结构抗侧屈服机制影响最大,板底钢筋其次、楼板厚度次之。