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。     

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。     

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。     

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。     

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强柱弱梁的概率分析

通过对可靠指标的考核,指出目前"强柱弱梁"设计方法在适用范围方面所存在的不足,并根据提出的目标可靠指标,提出相应的柱端弯矩增大系数.先采用可靠度理论分析框架结构单节点"强柱弱梁"设计的可靠指标以及对应的失效概率,然后考虑主要影响梁柱强弱的设计参数的随机性,分析柱端弯矩增大系数的合理取值为多少,框架结构才能达到可以接受的形成"柱铰机构"概率.结合以往有关专业人士对柱端弯矩增大系数的多方面研究,总结出比较合理的CMAF值,并在概率的基础上对弯矩增大系数提出合理的修正意见.     

现浇楼板对RC框架结构柱端弯矩放大系数的影响

针对混凝土框架结构梁柱节点塑性铰多形成在柱端导致框架结构层间侧移偏大,易增加倒塌风险的问题,通过3种不同的考虑楼板的建模方式进行动静力弹塑性分析。结果表明:柱弯矩增大系数为1.7时不会出现强柱弱梁破坏机制,轴压比为0.66时框架柱两端均出现塑性铰。该结构框架梁端有效翼缘不能取6倍板厚,整浇楼板模型形成的破坏机制更为不利。     

现浇柱叠合梁框架节点抗震性能试验研究

以一幢六层现浇柱叠合梁框架实际工程为背景,按照强柱弱梁、强节点弱构件等原则进行设计,取4个不同位置的现浇柱叠合梁框架节点进行低周反复荷载下的足尺模型试验,对现浇柱叠合梁框架节点的破坏形态、滞回曲线、位移延性、刚度退化、耗能能力、预制梁与预制板之间和预制板与现浇板之间的滑移等进行了较系统的研究。结果表明:4个现浇柱叠合梁框架节点均实现了强柱弱梁、强节点弱构件的设计目标,破坏形态均为梁端受弯破坏形式,节点核心区仅有少量细小裂缝;边节点、中节点和平节点的初裂位置为梁中新旧混凝土界面处,而角节点的初裂发生在柱上;与其他2个节点相比,中节点和边节点的滞回曲线饱满;中节点、边节点和平节点的位移延性高于角节点;4个节点的刚度退化规律基本一致。研究成果可为现浇柱叠合梁框架在地震区的推广应用提供技术依据和基础数据。     

框架结构局部柱铰整体屈服机制的控制

框架结构局部柱铰整体屈服机制允许中柱的柱端和边柱的梁端屈服,要求边柱强度更高以避免发生层间破坏。该屈服机制的强柱弱梁条件不在于使每个节点都满足强柱弱梁的条件,而从结构整体出发要求满足基于层间柱梁强度比的强柱弱梁条件,使节点的强柱弱梁条件得以放松。基于梁铰屈服机制和部分柱铰屈服机制分别设计2组6层框架结构,利用ABAQUS有限元分析软件建立实体模型,采用Pushover方法进行推覆分析,对比不同屈服机制的层间位移角响应及构件塑性铰分布响应。结果表明,层间柱梁强度比对屈服机制的形成有重要影响,具有部分柱铰的框架结构在地震作用下的安全性不低于只允许出现梁铰的框架结构。     

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。     

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。     

超高层钢管混凝土重力柱-混凝土核心筒结构振动台试验研究

提出一种新型的钢管混凝土重力柱-核心筒结构体系,通过地震模拟振动台试验验证其抗震性能。以实际超高层钢管混凝土柱框架-混凝土核心筒建筑结构为参考,将钢框架梁与柱或核心筒的刚性节点改为螺栓连接的铰接节点,简化结构并制作1/40的缩尺结构模型,采用4条地震动记录进行不同工况的振动台试验,分析结构的震损特点、动力特性、侧向位移、层间位移角、扭转角、地震惯性力、楼层剪力和倾覆弯矩等。结果表明：震损主要出现在下部楼层的混凝土楼板与柱连接、楼板与核心筒连接、楼板与钢梁连接、核心筒角部等部位;基本自振周期和阻尼比随震损增加而增大,动力放大效应减小,长周期地震动反应显著,侧向变形和层间位移显著增大;外排架柱的层间位移主要为不产生内力的刚体转动,核心筒层间位移角达1/26,超过规范JGJ 3—2010中规定的框架-核心筒结构体系不倒塌限值的3.85倍而未出现倒塌;外排架抗扭刚度小,结构扭转反应由核心筒主导;地震惯性力和楼层剪力受地震长周期分量的影响小,随结构损伤增大楼层内力增加幅度减小。     

考虑柱偏心距随机特性的RC框架“强柱弱梁”设计可靠度

针对地震作用下钢筋混凝土（RC）框架结构大多出现“强梁弱柱”破坏机制的问题,考虑混凝土极限压应变、抗压强度和钢筋屈服强度等参数的变异性以及柱截面受拉的可能性,基于静力平衡方程求解得到了梁柱抗力的精细分析模型。结合已有的水平地震作用、竖向重力荷载、混凝土和钢筋本构参数等的概率模型,并考虑柱截面偏心距的随机特性,采用Monte Carlo方法分析了不同设计参数下RC框架“强柱弱梁”设计可靠度。结果表明：按GB 50011—2010中柱端弯矩增大系数进行设计时,考虑超配钢筋后,其“强柱弱梁”可靠度均有较大程度下降;当按梁端实配钢筋设计时,考虑随机偏心距、轴压比等参数的影响,其“强柱弱梁”可靠度在2.44~4.14范围内波动;与考虑随机偏心距情形相比,按固定偏心距计算会高估“强柱弱梁”可靠度;对于四级抗震框架结构,当梁端顶部和底部钢筋分别超配30%与20%时,其“强柱弱梁”可靠度约为考虑随机偏心距情形的5倍。     

Prevention of story drift amplification in a 20‐story steel frame structure by tension‐rod displacement–restraint bracing

This paper proposes an application of tension‐rod displacement–restraint bracing to prevent story drift amplification in tall steel moment frames. Seismic response analyses of a 20‐story bare steel frame are performed first, revealing that story drift amplification occurs in the upper and lower stories at different times. Characteristics observed for the seismic response of the bare frame suggest the efficacy of the delay action of bracing. Subsequently, seismic response analyses of the 20‐story braced frame with tension‐rod displacement–restraint bracings reveals that the increment of the column axial force by addition of bracing is reduced dramatically by the delay action of bracing. The story rotation angles within partial stories where the story drift amplification occurs in the bare frame are also reduced efficiently by the displacement–restraint bracing. The delay action of bracing influences the floor response acceleration and the residual displacement. Finally, parametric analysis results indicate an appropriate value of the story rotation angle at which the brace action starts.     

北京金地中心不规则框架模型抗震性能试验研究

为给北京金地中心工程不规则钢筋混凝土框架提供抗震设计依据,进行了该框架模型的试验研究和弹性计算。试验揭示了未采取后浇技术措施(用以减小重力荷载在主梁上产生的弯矩)的模型结构的破坏形态。试验结果表明,模型结构的层受剪承载能力达到8度中震弹性地震层剪力的3.6倍,最大层间位移角超过1/50,水平力-位移关系滞回曲线稳定、无明显捏拢。根据试验研究和弹性计算结果,提出了该不规则框架“强主柱弱主(次)梁、强次柱弱次梁、强主梁弱次柱”的抗震设计理念、进行弹塑性分析、适当提高主框架柱的正截面承载力等抗震设计建议。     

新型装配式钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁框撑体系振动台试验研究

结合装配式建筑和钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁组合框架结构的优点,提出新型装配式方钢管混凝土柱-钢筋混凝土梁组合框撑体系。为研究该类新型体系的整体抗震性能,设计制作了缩尺比为1/3的6层整体模型,对该模型输入了《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)所建议的多种烈度下的地震激励,获得了其在相应地震激励作用下的结构响应及破坏形态,分析研究了其整体抗震性能、结构失效路径以及连接节点的可靠性。研究表明：①该类结构体系具有“强钢管混凝土柱-弱钢筋混凝土梁”及“强节点-弱构件”的理想失效路径;②梁的破坏点位于工字型钢接头梁段与钢筋混凝土梁段交界位置,距梁柱节点核心区域有一定距离,从而保证了节点核心区域的完整性;③结构部分楼层在强震下会因斜撑失效而形成薄弱层,造成结构响应的放大。     

Seismic assessment of concrete buildings reinforced with shape memory alloy materials in different stories

Shape memory alloy (SMA) is a unique material with many beneficial characteristics such as superelasticity and excellent resistance against corrosion. However, the high expenses related to the material costs and difficulties associated with implementation of SMAs in reinforced concrete (RC) structures may limit their usage. To decrease the costs related to SMA installation, this paper investigates the seismic performance of RC moment‐resisting frames with the intention of specifying the optimal stories for SMA utilization. To this end, RC frames with 3, 5, 7, and 9 stories are modeled and various cases are considered for SMA locations in different story levels. For each building, 4 different cases are considered including a frame with regular steel reinforcement (Steel), a frame with SMAs in all story levels (full SMA), and 2 remaining cases consist of frames with SMAs in bottom and middle story levels only. In the first part, nonlinear dynamic time history analyses are conducted to evaluate the base shear, roof displacement, interstory, and residual drift demands of the structures using 10 ground‐motion records. In the second part, the incremental dynamic analysis is employed to assess the entire range of structural dynamic behavior. By using the generated data from incremental dynamic analysis procedure, fragility evaluation is conducted on multiple limit states to provide a comprehensive performance assessment for each case. The results indicate that frames with SMA in their lower story levels performed similar to frames equipped with SMA in all story levels. However, the fragility assessments show the better performance of frames with SMA in their bottom stories versus other cases. On this basis, the costs associated with SMA fabrication could be reduced noticeably (nearly two‐thirds) without sacrificing the overall performance of the frame and its post‐earthquake serviceability.     

带腋撑梁式转换结构地震易损性分析

针对钢筋混凝土梁式转换结构存在竖向刚度突变不利于抗震的问题,在转换层处设置了钢筋混凝土腋撑,以降低转换结构竖向刚度突变程度,改善其抗震性能。通过对普通与带腋撑钢筋混凝土转换框架结构进行增量动力分析,建立其地震易损性曲线方程,并且研究了腋撑对钢筋混凝土转换框架结构破坏机制的影响。分析结果表明,钢筋混凝土腋撑能有效地减缓转换框架结构地震反应,显著地降低转换框架结构在各个破坏状态下的超越概率。在强烈地震作用下,钢筋混凝土腋撑能有效地避免结构在首层与转换层处形成"层侧移机构"的破坏机制,防止钢筋混凝土转换框架结构发生整体或局部倒塌破坏。     

Shaking table tests of RC frame structure across the earth fissure under earthquake

To investigate the behavior of a reinforced concrete (RC) frame structure across earth fissure under strong earthquake, a series of shaking table tests on a scaled model were designed and conducted. Three earthquake motion records were selected as input excitations, and the Jiangyou motion has a dramatically greater dynamic effect on the structure mainly due to its inherent rich low‐frequency component. The structural acceleration amplification factor gradually decreased as the peak ground acceleration of input motions increased, implying the progressive degradation of the structure stiffness. The results indicated that the earth fissure site has amplification effect on acceleration of the soil, and the displacement response of frame across the earth fissure was different to that of a typical RC frame structure. The ground floor was the most vulnerable story of the RC frame across the earth fissure.     

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。