实配钢筋“强剪弱弯”型RC框架梁可靠度分析

防止框架梁剪切破坏是框架结构抗连续倒塌设计的基本要求。研究表明,框架梁抗剪能力不足是导致框架结构"强柱弱梁"耗能机制难以形成的重要因素之一。这就需要在设法保证框架接近形成梁铰型塑性机构的同时,防止梁端塑性铰区在其达到塑性变形状态之前发生脆性剪切破坏,即通常所说的RC框架梁"强剪弱弯"措施。建立框架结构梁端实配钢筋"强剪弱弯"可靠度极限状态方程,利用一次二阶矩实用分析法求解梁端可靠度。设定框架梁"强剪弱弯"目标可靠度βt:一级抗震等级βt=3.1,二级抗震等级βt=2.6,三级抗震等级βt=2.1,四级抗震等级βt=1.6。根据6组不同抗震设防烈度钢筋混凝土框架结构实配钢筋施工图,求出梁端节点可靠度β,对不符合"强剪弱弯"可靠度要求的梁端,采取增大箍筋配筋面积和改变梁截面尺寸的方法,确保框架结构梁端满足"强剪弱弯"可靠度水平。     

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。     

RC框架结构强柱弱梁型失效模式抗震设计研究

为了实现框架结构在强震作用下表现出"强柱弱梁"型失效模式,提高结构的抗震性能,在现有抗震设计方法的基础上发展了框架结构"强柱弱梁"型失效模式抗震设计方法。其以现有规范中抗震设计方法为基础,通过弹性分析,得出梁端配筋值以及柱脚弯矩值,由梁端配筋值计算出其所提供的极限抗弯承载力,并将此值作为整体失效模式下的塑性铰弯矩。将柱等效为悬臂杆,结合外力作用,对柱进行弹性分析以及配筋。最后采用此方法设计了一栋6层框架结构,并通过弹塑性分析方法验证了该方法的可行性。分析结果表明:该方法更容易实现结构形成整体型屈服机制的设计目标。     

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。     

钢筋混凝土框架结构强震破坏模式的控制

强烈地震下结构的合理破坏模式是保证结构抗震能力和实现抗震设防目标的决定性因素之一。然而汶川地震中规范倡导的框架结构的"强柱弱梁"破坏模式几乎未能实现。新版《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)在基于震害及相关研究成果的基础上对钢筋混凝土框架结构的"强柱弱梁"系数等破坏模式控制措施进行了调整。从汶川地震中钢筋混凝土框架结构的破坏现象出发分析了未出现预期破坏模式的原因,并对新版抗震规范采用的改进措施的合理性和有效性进行考察,探讨了结构合理破坏模式的评价标准及控制设计方法,可供结构抗震设计参考。     

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。     

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。     

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。     

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"。     

钢筋混凝土框架结构连续落层倒塌的混沌特征

汶川地震中钢筋混凝土框架结构破坏的主要特征为柱铰式薄弱层屈服破坏,而抗震规范所倡导的"强柱弱梁"机制未能实现。本文基于混沌理论的观点,通过分析框架结构的两种屈服模式,首次在薄弱层屈服引起连续落层倒塌的破坏过程中发现了明显的混沌特征,即具有对初始状态的敏感依赖性以及非周期运动的出现。本文引入混沌理论研究建筑震害,假定混沌运动的简单吸引子是梁、柱的塑性铰,奇怪吸引子是结构的薄弱层屈服。通过研究,提出了在主结构中增设次结构可避免出现屈服后负刚度和混沌现象的设计建议。     

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。     

我国混凝土框架结构强柱弱梁措施的实际控制效果

为了识别强柱弱梁措施的实际抗震控制效果,对影响框架结构梁、柱端抗弯能力及二者相对强度的因素进行了分析归纳。严格按中国规范设计出5个不同地震烈度分区的规则平面框架结构,考察了这些结构在采取强柱弱梁措施后其柱、梁之间的实际强度级差系数及其规律,对这些框架进行了多波输入下的非弹性动力反应分析。结果表明,在罕遇地震下,9度区(一级抗震等级)框架形成了抗震性能良好的梁铰机构;而8度区二级抗震等级和7度区三级抗震等级的框架形成了以柱铰为主或柱铰偏多的梁、柱铰混合机构。分析结果揭示出,在现行强柱弱梁措施的调控下,不同抗震等级的框架结构在强震下所形成的塑性耗能机构存在明显差异,并可能导致在抗震安全水平上的不一致性。     

钢筋混凝土框架结构的抗震性能及设计问题

结合结构抗震的本质和抗震延性要求,介绍了钢筋混凝土框架结构在地震作用下的两种破坏机制,通过分析比较两种破坏机制,提出了＂强柱弱梁＂＂强剪弱弯＂及构造措施,从而完善框架结构抗震设计。     

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。     

单跨多层外悬挑式框架结构校舍抗震性能试验研究

以典型单跨多层外悬挑式钢筋混凝土框架结构校舍为原型,按照1:3缩尺比例设计了一榀单跨框架试验模型,并进行了抗震性能试验研究,分析了单跨框架的变形能力、滞回性能、承载能力、延性系数、刚度退化、耗能能力等力学性能,试验结果显示单跨框架破坏模式为近悬挑端"强柱弱梁"型破坏,远悬挑端柱塑性铰破坏。     

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。     

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。     

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。     

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。     

柱端弯矩放大系数对“强柱弱梁”实现的影响

为探究柱端弯矩放大系数对实现"强柱弱梁"的影响,本文采用ABAQUS有限元软件,建立了不同柱端放大系数的9个钢筋混凝土(RC)框架结构梁杆单元模型,通过动力弹塑性分析,分析了不同弯矩放大系数下结构层间位移角和塑性铰的变化与分布情况。结果表明:随着柱端弯矩增大系数ηc的增大,最大层间位移角显著降低,但ηc达到一定值时变化趋于平稳;柱端弯矩系数的增大改变了梁柱节点的破坏形态,不同节点和不同楼层实现"强柱弱梁"破坏形式的难易程度不同,角节点和地震动方向上的边节点较中柱所在节点和与地震动垂直方向的边节点容易产生强柱弱梁型节点,顶层较底层和中间层容易产生强柱弱梁型节点。结果可供RC框架结构抗震设计参考。