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柱端弯矩增大系数分析

柱端弯矩增大系数是实现结构"强柱弱梁"的关键措施之一。分析了传统框架的柱端弯矩增大系数,表明现浇楼板对框架梁端抗弯承载力的贡献不可忽略,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,由此对框架梁侧楼板局部设缝,以消除楼板对框架梁端抗弯承载力的贡献,从而分析该楼板局部设缝框架的柱端弯矩增大系数,表明现行抗震规范给出的柱端弯矩增大系数对于楼板局部设缝的框架可以实现"强柱弱梁"屈服机制。     

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。     

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。     

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。     

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。     

现浇楼板对框架梁端正截面承载力影响的试验研究

通过对近几次地震灾害中框架结构震害调查研究发现,大量框架结构没有实现抗震规范要求的"强柱弱梁"梁铰破坏机制。究其原因主要在于结构设计中并没有考虑现浇楼板对框架梁端正截面承载力的提高作用。为了研究楼板对框架横梁正截面承载力的影响,设计了2个梁板柱节点试件,通过拟静力试验研究了楼板对框架梁正截面承载力的提高作用,纵梁刚度对横梁承载力和挠度的影响,以及楼板参与横梁受力的有效范围。试验与计算结果表明:试验承载力与计算结果吻合良好;考虑楼板配筋可以提高横梁承载力60%左右;楼板参与横梁受力的有效范围是5倍板厚左右;提高纵梁的刚度可以提高横梁正截面承载力和降低挠度。     

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。     

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。     

现浇楼板及其钢筋对RC框架结构抗震性能的影响

为了研究现浇楼板及其钢筋对RC框架结构抗震性能的影响,分别按考虑和忽略现浇楼板及其钢筋对梁抗弯能力的增强作用,建立带有楼板及其钢筋的框架模型和空框架模型,采用四种不同的侧向加载方式对其进行pushover分析,对比框架顶点位移-基底剪力曲线、塑性铰出铰顺序、屈服机制、层间位移等抗震性能指标。分析结果表明:现浇楼板及其钢筋将提高框架梁的抗弯能力,从而改变罕遇地震作用下结构的破坏模式。建议抗震设计中考虑现浇楼板的影响,尤其是罕遇地震作用下宜考虑板内钢筋约束效应。     

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。     

RC框架结构“强柱弱梁”机制的实现与影响因素探讨

"强柱弱梁"屈服机制是RC框架结构的抗震设计原则。但由于现浇楼板和填充墙的影响,很多实际RC框架结构无法实现这种屈服机制。本文讨论了楼板和填充墙对框架破坏机制的影响,并提出了一些解决方法,以供实际工程参考。     

钢筋混凝土现浇框架强柱弱梁屈服机制研究

基于《建筑抗震设计规范》中强柱弱梁规定的设计原则,分析了现浇钢筋混凝土框架结构未能实现＂强柱弱梁＂屈服机制的原因,阐述了实现＂强柱弱梁＂屈服机制的几点建议,以期指导实践。     

探讨钢筋混凝土结构“强柱弱梁”影响因素及对策

文章通过钢筋混凝土框架结构在地震破坏时难以实现梁铰机制破坏先于柱铰机制破坏这一现象,分析了现浇楼板、填充墙、柱轴压比等因素对结构强柱弱梁的影响,提出现浇板有效翼缘宽度贡献、等刚度代换填充墙、合理控制柱的轴压比等对策来实现结构的强柱弱梁,以期改善结构的抗震性能。     

自控耗能UPPC框架结构理论分析

在无粘结部分预应力混凝土(UPPC)框架梁中设置自控元件,可调减地震作用下无粘结预应力筋的应力,从而降低梁的抗弯承载力,使得UPPC框架结构在地震力作用下形成梁铰耗能机制,实现"强柱弱梁"。本文探讨了自控耗能UPPC框架结构的结构体系、耗能机理、自控元件的设计及阈值的确定。分析结果表明:相比于没有设置自控元件的普通UPPC框架,设置了自控元件的自控耗能UPPC框架水平抗侧力稍低;普通UPPC框架在柱端率先形成塑性铰,而自控耗能UPPC框架在梁端率先形成塑性铰可实现梁铰侧移机制。     

实配钢筋“强柱弱梁”型框架结构形成因素分析

钢筋混凝土框架结构的抗倒塌能力与其破坏机制密切相关,最理想的机制是梁铰机制,即"强柱弱梁"型框架结构。研究表明,柱端弯矩增大系数(COF)对"强柱弱梁"型框架结构的形成有很大的影响,当COF大于2时,结构基本上只发生梁铰失效模式的破坏。采用现行《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)提供的梁、柱受弯承载力计算公式,根据6组不同设防烈度下钢筋混凝土框架结构实配钢筋施工图,求出梁、柱节点的COF值。对不符合"强柱弱梁"要求的框架结构梁、柱实配配筋进行调整,COF最小值取1.1~1.2左右。可知在罕遇地震作用下,一级抗震等级框架结构基本上只发生梁铰失效模式的破坏。建议规范将二、三级抗震等级框架结构的COF按照梁端实配钢筋计算,确保框架结构最终施工图能够真正实现"强柱弱梁"的概念设计。     

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。     

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。     

斜向地震作用下RC框架静动力弹塑性分析

汶川地震中,大量钢筋混凝土结构柱端先于梁端产生破坏甚至因此引起房屋倒塌,并未形成抗震设计规范期望的"强柱弱梁"破坏机制。探究其原因,除楼板、填充墙、梁筋超配和钢筋超强等因素间接增强梁强度外,斜向地震作用是加剧该破坏状态的主要原因之一,这已从构件层面得到验证。本文针对按现行规范要求两主轴方向满足"强柱弱梁"设计的钢筋混凝土框架结构,以45°地震作用为例对斜向和轴向地震作用下RC框架静/动力弹塑性响应进行了对比分析。结果表明:结构在主轴方向地震作用下更易形成梁铰破坏机制,以梁屈服耗能为主;而在斜向地震作用下更易形成柱铰破坏机制,以柱屈服耗能为主。从而从结构层面进一步证明了斜向地震作用是决定结构破坏形式的主要因素之一,在设计中需要予以考虑。