混凝土框架结构强柱弱梁实现机制研究分析

地震后资料显示,框架结构多为"强梁弱柱"破坏,即框架柱破坏严重,框架梁震害较轻。针对该问题,本文以一实际工程为例,应用静力非线性分析方法分析框架结构在地震作用下的破坏机制,并讨论增大柱弯矩增大系数及柱截面积对混凝土框架结构破坏机制的影响。     

现浇板框架结构“强柱弱梁”屈服机制的研究现状

"强柱弱梁"破坏机制是我国抗震规范对框架结构在地震作用下要实现的理想破坏模式,而在汶川地震中大多数带现浇板框架结构的破坏模式为"强梁弱柱"。因此应当重视对带现浇板框架结构形成的"强柱弱梁"的破坏机制的研究。介绍了《建筑抗震设计规范》中有关"强柱弱梁"的规定及其存在的问题,分析现浇板对框架"强柱弱梁"屈服机制的影响并对相应的研究成果进行了分析评述,并探讨了该类问题的研究方向。     

框架柱震害分析

汶川地震中,框架结构柱的破坏明显比梁严重,结构出现＂强梁弱柱＂现象普遍。根据地震破坏区框架柱的破坏,将框架柱的破坏分为整体破坏、柱端破坏和短柱破坏三种类型。文章分析了三种破坏形式的原因,总结了框架结构中框架柱的破坏特点,以期为将来框架柱的抗震设计提出建议。     

梁钢筋部分移置梁侧楼板的现浇混凝土框架抗震性能研究

汶川地震中损坏的楼板与梁整体现浇的钢筋混凝土框架结构几乎全部是"强梁弱柱"型破坏,这是由于多年来建筑设计中,框架梁的钢筋配置过多和抗震设计规范中规定的框架柱相对于框架梁的受弯强度放大系数偏小。2010年颁布实施的《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)适当提高了该放大系数,但仍不能根本解决地震时柱先于梁破坏的问题。分析混凝土结构设计的全过程,发现"强梁弱柱"型破坏的主要原因,即该种结构的梁上部配置钢筋过多。对罕遇地震作用下减少梁上部钢筋的两个实际工程进行弹塑性时程计算,结果表明:减少梁上部钢筋可改善楼板与梁整体现浇混凝土框架结构的抗震性能,同时降低了造价,且方便施工。     

SRC框架结构在地震作用下不同倒塌机构的比较

讨论混凝土结构与SRC框架结构在地震荷载作用下破坏过程的差异,从构件产生塑性铰顺序的不同形成"弱柱强梁"和"强柱弱梁"机构进行比较,结合抗震设计规范,从SRC结构充分发挥其材料性能和基于性能的抗震设计思想,阐述SRC结构优越的抗震性能.     

地震灾害作用下框架填充墙变形设计分析

框架结构设计中,一般都是将填充墙作为恒载作用于结构上,致使填充墙结构产生了竖向刚度不均匀和不连续现象。设计时通常将框架自身产生的扭转效应忽略,夸大框架梁的计算内力而将框架设计成强梁弱柱型结构,从而导致了地震中大量框架结构呈强梁弱柱型破坏。今以地震灾害区某框架楼为例,采用考虑填充墙和不考虑填充墙影响的两种力学模型,比较两种模型在地震作用下的刚度、侧移。结果表明,无填充墙模型高估了结构侧移,低估了结构的水平剪力,掩盖了由于填充墙而导致的薄弱层事实,致使按照无填充墙模型设计的结构在地震中一层严重破坏。研究借助模型数据分析,提出了框架填充墙设计及施工中应注意的事项。     

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。     

现浇楼板对钢筋混凝土框架结构破坏模式影响浅析

针对汶川地震中钢筋混凝土框架结构"强梁弱柱"式破坏模式展开研究,建立带楼板和无楼板结构空间有限元分析模型,通过非线性地震时程反应分析,说明现浇楼板对钢筋混凝土框架梁刚度以及梁端承载力的影响。算例分析表明,带楼板的框架结构,特别是板内配筋也参与受力的结构,框架梁承载力得到显著增强,梁端破坏程度降低,破坏时间延迟;在此基础上,探讨规范中框架梁设计时考虑楼板贡献作用相关条文的合理性。     

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。     

碳纤维加固单层双跨混凝土框架结构抗震性能试验研究

为了研究碳纤维(CFRP)加固混凝土框架的抗震性能,设计了两榀单层两跨框架结构,其中一榀未加固,另一榀采用碳纤维加固结构柱端。对两结构进行了抗震加载试验,分析并对比了两结构的破坏特点、承载能力等抗震性能。结果表明:碳纤维加固能够明显提高结构的承载能力、变形能力和耗能能力,并能够使结构由"强梁弱柱"型的破坏机制转变为"强柱弱梁"型的破坏机制。     

框架结构设计中的梁柱内力调整

分析了框架梁柱端弯矩调整的有关问题,推导出了框架结构柱端组合弯矩设计值的计算式,考虑了框架梁端负弯矩调幅的影响,并与直接增大柱端弯矩的简化方法进行了比较。通过算例证明简化方法误差不大,具有可行性与合理性。     

桁架式钢骨混凝土门式框架抗震性能研究

为促进桁架式钢骨混凝土框架结构在抗震设防区的推广和应用,开展了1榀预应力及1榀非预应力桁架式钢骨混凝土门式框架试件在水平低周往复荷载作用下的拟静力试验,考察了试验过程及门式框架试件的破坏形态,研究了门式框架试件的滞回特性、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形等抗震性能指标,分析了梁端、柱脚的弦杆和斜腹杆应变变化规律,得到了门式框架试件的出铰顺序。在此基础上,采用有限元软件ABAQUS,对桁架式钢骨混凝土门式框架试件开展了水平单调荷载作用下的受力性能分析。研究结果表明：两榀门式框架试件的水平荷载-位移滞回曲线均较为饱满,无明显的捏缩现象,呈现良好的抗震性能;施加预应力对框架的延性、耗能能力和变形恢复性能没有明显影响,但可延缓加载过程中裂缝的出现与延伸,并降低梁端和柱脚的损伤;两榀门式框架试件出铰顺序相同,均表现为“先梁端后柱脚”的顺序,达到了“强柱弱梁”的设计目标。有限元分析得到的框架破坏形态、极限荷载和单调加载曲线均与试验结果较为吻合。此外,通过参数分析可见,柱长细比和轴压比是该类门式框架抗震性能的主要影响因素,随着柱长细比的增加,框架承载力和侧向刚度降低、延性增加,而随着轴压比的提高,框架位移减小,延性降低。     

翼缘削弱的型钢混凝土框架抗震性能研究

为了研究翼缘削弱的型钢混凝土框架的抗震性能,对一榀两跨三层型钢混凝土框架模型进行了低周反复荷载试验。框架模型按"强柱弱梁"原则设计,且对节点核心区附近梁端工字形型钢的上、下翼缘采取狗骨式削弱,并适当增加最大削弱部位纵向钢筋的配筋率。通过对框架模型顶层施加低周反复水平荷载,观察了框架模型的破坏过程,测得框架模型的荷载-位移滞回曲线和骨架曲线以及各阶段的荷载和位移值,并分析了框架模型的延性、耗能、强度降低、刚度退化以及破坏机制。试验结果表明:框架模型的承载能力、变形能力和耗能能力高,延性大(延性系数大于7),满足延性框架的抗震要求。进一步分析了翼缘削弱在型钢混凝土框架中的具体作用。分析结果表明:翼缘削弱不仅能将塑性铰从梁端根部转移到翼缘削弱部位,从而降低节点核心区所受的剪力以及梁柱连接焊缝的应力,而且有利于框架形成梁铰耗能机构,从而提高框架的整体耗能能力。翼缘削弱能有效提高型钢混凝土框架的抗震性能,可在型钢混凝土     

地震作用下混凝土框架结构柱的破坏分析

在四川汶川地震中,一些混凝土框架结构没有出现＂强柱弱梁＂的破坏机制,而是在柱端出现塑性铰,柱发生剪切破坏。基于中国抗震规范对柱构件设计的要求,通过对柱的破坏形式和原因分析,进行框架柱的设计时要充分考虑各因素的影响,建议框架结构的设计应适当提高柱的刚度和承载力,结构弹塑性分析时应采用有楼板和填充墙的计算模型来代替纯框架结构计算模型。     

混凝土框架梁控制截面设计弯矩的研究

混凝土框架梁端的实际控制截面位于梁、柱界面处,而不是与梁端相连的柱的轴线处,所以结构模型中所有框架梁的刚接端均应设刚域,使框架梁的计算跨度更合理,使梁端的控制截面与计算截面相一致,使设计能根据梁柱界面处的组合弯矩确定梁端截面配筋.本文对此进行了分析研究,结果可供结构设计参考.     

层间柱梁强度比对混合屈服机制钢管混凝土框架结构性能的影响

基于层间柱梁强度比方法,设计出一种允许具有部分柱屈服的整体型屈服机制——混合屈服机制钢管混凝土框架结构.该结构通过设立强度较大的边柱来避免层间屈服破坏,而允许中柱柱端屈服,从而放松中柱的强柱弱梁条件.采用弹塑性动力时程分析方法,比较了梁铰屈服机制和混合屈服机制的两种6层框架结构的地震响应,讨论了允许出铰的中柱柱端塑性变形情况,并分析了混合屈服机制实现的可能性.研究表明,层间柱梁强度比是控制钢管混凝土框架结构整体屈服模式的有效参数,不同的强度比下结构表现出极为不同的性能,因此具有重要意义.     

现浇楼板框架结构“强柱弱梁”屈服机制限元分析与研究

结构抗震设计的基本原则之一是保证“强柱弱梁”,设计期望结构在受到强震作用时梁先于柱破坏,通过梁铰消耗地震能量,避免结构倒塌.然而实际震害调查结果表明,框架结构并未实现预期的“强柱弱梁”型的破坏形态,反而更多的呈现为“强梁弱柱”的破坏模式.通过运用有限元软件,重点研究框架梁端两侧不同宽度范围内的楼板对框架结构“强柱弱梁”屈服机制形成的影响,并给出有效翼缘的建议取值以及改进的设计建议.     

不同粘钢加固的钢筋混凝土框架节点破坏机理研究

现有钢筋混凝土框架结构中梁、柱、节点因设计不当或施工事故，发生梁、柱、节点不能满足强柱弱梁、强节点弱构件的抗震设计原则，针对强柱弱梁、梁弱弯弱剪、梁纵筋锚固不足等４个节点试件进行了低周反复加荷对比试验，从破坏过程分析了梁、柱、节点核心区不同粘钢加固方案的效果。试验结果表明：粘钢加固对提高构件强度、改变框架破坏机制及增加变形能力具有良好的效果。并全面地分析了试件加固方案的优劣，初步给出了粘钢加固节点的构造措施和更合理的加固方法。     

新型转换结构的试验研究及其在建筑物外套框架增层工程中的应用

腹板柱复合空腹桁架转换结构(以下简称腹板柱转换结构)是一种新型的结构形式。通过在框架梁间的适当位置设置腹板柱,使梁上出现多个弯矩峰值点,同时弯矩峰值也大大降低,从而优化结构的内力分布。通过模型试验对腹板柱转换结构进行了抗震性能试验研究,在水平往复荷载作用下的试验结果表明结构各层跨中梁梁端形成塑性铰,随后底层柱两端开始屈服并最终形成塑性铰;结构开始为弯曲变形,结构屈服后也出现剪切变形,抗震变形能力较好;各层结构位移延性系数处于现行抗震规范对结构延性系数3.6~7.33的合理要求范围内,结构的侧移和层间弹塑性位移角限值也满足有关规范要求,但结构底层位移延性系数较大;随着顶点位移角的增大,侧移刚度逐步衰减,但侧移刚度衰减速度由快逐渐变慢。结合工程应用对该结构形式提出了设计建议,设计时要提高底层和2层跨中梁端部的配筋率;适当加大底层柱截面形成变截面柱;对一层或几层梁施加预应力;提出了腹板柱设置位置和刚度要求。该结构在某建筑物     

柱端弯矩增大系数取值对RC框架结构抗震性能影响的评估

增大柱端抗弯承载力是抗震“能力设计”的关键措施之一,它可以导致钢筋混凝土框架结构形成梁铰型有利的耗能机构。评估不同柱端弯矩增大系数(0.8￣2.4)下钢筋混凝土框架结构的抗震性能。首先采用可靠度理论分析框架结构单节点“强柱弱梁”设计的失效概率;然后,考虑主要影响梁柱强弱的设计参数和地震加速度峰值的随机性,以3层和6层框架结构为分析对象,采用蒙特卡罗模拟分析结构楼层和整体形成“柱铰机构”的抗震位移需求超越位移能力的概率,分析结果表明柱端弯矩增大系数大于2.0,框架结构才能达到可以接受的形成“柱铰机构”概率;最后,以6层确定性框架结构为例,通过增量动力分析建立能有效评估柱端弯矩增大系数的易损性曲线。