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。     

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。     

V型偏心支撑钢框架结构抗震性能分析

采用pushover方法对V型偏心支撑钢框架在三种罕遇地震烈度下的抗震性能进行分析,得出该结构在不同罕遇地震作用下的抗震模式及结构性能点,并对其抗震性能进行评定;该结构在地震作用下塑性铰依次出现于耗能梁段和框架梁上,耗散大量的地震能量,同时避免框架柱遭受破坏,满足强柱弱梁和规范要求.     

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。     

基于不同预应力度的半刚性节点预压装配式预应力混凝土框架静力弹塑性分析

为了解考虑预应力度的节点半刚性对预压装配式预应力混凝土结构地震反应的影响,利用MIDAS/Gen软件建立模型对某7层预压装配式预应力混凝土结构进行静力弹塑性分析,通过改变预应力度大小,研究预压装配式预应力混凝土结构的受力性能、变形能力和框架的耗能机制。理论研究表明:节点半刚性对结构抗力影响很大,预应力筋在延缓结构抗力减小方面发挥了重要作用;在罕遇地震下不同预应力度预应力混凝土结构的层间位移角均能满足设计标准的要求,表明罕遇地震下的结构不产生过大变形;中等预应力度的结构在罕遇地震下,结构塑性铰出现位置除底层柱底外均在梁端,表明可以实现"强柱弱梁"破坏机制,塑性铰位置分布广泛,耗能良好,为整体屈服机制;预应力度较大的预压装配式预应力混凝土结构的抗震性能较好。     

单向预应力混凝土空间框架弹塑性时程分析

参照中国现行结构设计规范,按不同抗震等级设计4个处于结构临界高度(24m)和临界跨度(18m)的7度二、三级和8度一、二级单向预应力空间框架(一级框架中柱"强柱弱梁"级差调整按建议公式弱化设计),然后基于OpenSEES有限元分析平台,进行双向地震动下的弹塑性时程分析,研究其在罕遇地震下的抗震性能和能力。结果表明:各框架沿两个方向屈服程度均不高、具有较好的整体抗震能力。其中,取较低抗震等级的7度三级和8度二级框架,其整体地震反应较取较高抗震等级的7度二级和8度一级框架略大,但差异并不明显。RC框架方向形成理想的"梁铰机制",PC框架方向形成"柱铰机制",PC框架抗侧刚度更大、抗震能力更强。抗震等级为一级的PC框架经弱化中柱设计后,可以有效引导框架在中柱出铰,但仍不能避免边柱少量出铰,可考虑适当加强边柱予以控制。     

基于性能的带边框板柱-剪力墙结构抗震设计

板柱-剪力墙结构属抗震性能相对不利的结构体系,我国现行的抗震设计规范要求板柱-剪力墙结构周边应设置有梁框架。结合一栋5层带边框板柱-剪力墙结构的实际工程,采用抗震性能化设计方法,进行罕遇地震下的有限元非线性分析,讨论结构在多遇及罕遇地震作用下的响应,绘制结构层间位移的变化曲线,分析塑性铰的分布情况。结果表明,适当加强边框框架侧向刚度后可以有效地提高结构的抗震性能,有效降低抗震墙承担的地震水平作用,弹塑性位移角满足规范要求,出现的塑性铰都在可修复范围,结构安全可靠。     

预应力筋应力释放度对自控耗能UPPC框架出铰顺序的影响研究

自控耗能UPPC框架结构体系在罕遇地震作用下,依靠框架梁中设置的小型自控元件来实现释放框架梁中预应力筋的应力,使得框架梁梁端强度不超强,易于形成梁铰侧移机制.文章采用有限元软件对框架进行弹塑性静力分析(Pushover),对预应力筋的应力值及释放度进行研究,并对UPPC框架的出铰顺序进行分析,使得框架结构在罕遇地震作用下拥有良好的耗能机制.     

自控耗能无黏结预应力框架抗震能力的能力谱法研究

自控耗能无黏结部分预应力混凝土(UPPC)框架指的是在UPPC框架中采用折线型无黏结预应力筋,并在无黏结预应力筋转折处合理设置自控耗能元件来调减罕遇地震作用下无黏结预应力筋的应力,使得在罕遇地震作用时释放梁内部分预应力,形成梁铰耗能机制,从而形成强柱弱梁的延性框架。基于能力谱法,采用ABAQUS有限元软件对已有的两榀试验框架(普通UPPC框架KJ1和自控耗能UPPC框架KJ2)进行了地震烈度7度、8度和9度罕遇地震作用下的有限元分析。分析结果表明：在抗震设防烈度7度和8度罕遇地震下,两榀框架抗震能力基本相同;9度罕遇地震下,KJ1框架不存在性能点,即KJ1框架无法抵抗9度罕遇地震,KJ2框架的顶层位移虽然超过规范规定的钢筋混凝土框架结构弹塑性限值,但KJ2框架抗震能力仍优于KJ1框架。     

不规则钢筋混凝土异形柱框架结构的抗震性能

按现行规范及技术规程设计了设防烈度为8度的一个不规则的钢筋混凝土异形柱框架结构，并进行了双向水平地震作用下的空间三维非线性地震反应分析，考查了异形柱框架结构在罕遇地震水准下的整体抗震性能，对结构能否达到抗震设防目标进行了初步评价。结果表明，8度区按规范设计的结构在罕遇烈度地震作用下基本能够达到预期的抗震设防目标。     

双向地震作用对框架柱端弯矩增大系数的影响分析

在世界各主要多地震国家的建筑抗震设计规范中,普遍采用的柱端弯矩增强措施一般在与柱正交的两个主轴方向上的各平面框架内施行,仅新西兰NZS3101规范采用简化方法考虑了双向地震作用对柱端弯矩增大系数的影响.在OpenSees平台上,以钢筋混凝土6层三维框架为例,采用基于柔度法的纤维模型从而更加真实地模拟柱在双向弯曲和变化轴力作用下的非线性反应.对比双向、单向地震输入下柱端滞回反应的差异及其对框架塑性铰耗能机构的影响.考察双向地震作用下柱端弯矩时程在两个正交主轴方向的相关性,着重研究同一节点处两正交方向的各梁端弯矩时程相关性的定量方法.研究表明,双向地震下柱的强度退化、屈服后变形均明显比单向受力更大,双向地震下X向、Y向柱端弯矩时程,以及同一节点处两正交方向的各梁端弯矩时程的相关性皆极大地依赖于双向水平地震动的输入方式.     

考虑土与结构相互作用的钢筋混凝土框架子结构抗震性能试验研究

独立基础-钢筋混凝土框架结构在遭遇地震时会出现底层柱破坏严重并且柱端出现大量塑性铰的破坏形态,同时考虑到独立基础对底层柱的约束能力会影响上部结构塑性铰的发展顺序,应对土与结构相互作用对混凝土框架抗震性能的影响进行研究。为此,对一榀独立基础-框架子结构开展低周反复荷载试验,分析考虑土与结构相互作用下结构的抗震性能。结果表明：独立基础-框架子结构具有良好的耗能能力和延性;结构屈服机制为梁铰机制,整个试验过程中结构刚度退化明显,刚度退化主要发生在结构屈服之前;中柱和边柱柱下独立基础最大转角分别为1/60和1/80,基础基底反力近似呈直线分布。     

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。     

两层两跨现浇柱叠合梁框架抗震性能试验研究

以六层现浇柱叠合梁框架底部两层为原型,通过一榀1/2比例的两层两跨现浇柱叠合梁框架低周反复荷载试验,对其受力过程、破坏形态、破坏机制、恢复力模型、变形恢复能力、位移延性、滞回特性、刚度退化、耗能能力等进行了较系统的研究。研究表明:参照现浇混凝土框架抗震设计方法设计的现浇柱叠合梁框架实现了强柱弱梁、强节点弱构件的设计目标;框架的破坏机制为混合机制,即塑性铰首先在一层梁端出现,在一层梁端出现3个塑性铰后柱端出现塑性铰,试件以柱脚混凝土压溃、柱内纵筋压曲外露为破坏标志;在试件受力全过程中,节点核心区箍筋一直处于弹性状态;框架整体及层间的滞回曲线均较为饱满,表明现浇柱叠合梁框架具有良好的耗能能力;框架正、反向的整体位移延性系数分别为5.1和4.2,表明其在低周反复荷载下具有较好的位移延性;得到了四折线型的框架水平荷载-侧移恢复力模型。     

山地掉层RC框架结构振动台试验研究

为研究具有不等高基础约束的山地掉层框架结构的地震响应特征和破坏机理,及其与等高基础约束的典型框架结构的差异,设计和制作了总层数均为6层的1/8缩尺掉层RC框架结构和典型RC框架结构模型。通过振动台试验,对两者不同地震强度时的试验宏观现象及动力特性、加速度响应、位移响应、层间位移角等进行对比研究。试验分析表明：掉层RC框架结构的振型曲线及顺坡向的变形特征与典型框架结构不同,掉层RC框架顺坡向的整体变形并非剪切型,且有明显的扭转效应;掉层框架结构的破坏形式不同于典型框架结构,典型框架最终表现为部分楼层屈服机制,而掉层框架的柱铰最先出现于上接地柱端,随地震强度的增大,柱端塑性铰向掉层部分转移,掉层接地角柱底部损伤增加显著,结构在罕遇地震及更高强度的地震作用下能保证较好的整体性,但上接地柱破坏较严重。     

钢筋混凝土框架结构地震易损性分析

本文以一榀7层的钢筋混凝土框架结构为分析对象,采用SAP2000建立有限元模型,选取非线性Nlink单元来模拟梁和柱两端的塑性角,其中柱铰单元采用纤维PMM铰,梁铰单元设置弯矩铰。分别指定最大层间位移角和最大顶点位移角作为结构地震需求参数,并定义了相应的破坏状态。输入8条地震动记录进行结构地震易损性分析,得到了相应的易损性曲线。该方法可为结构的抗震性能评价提供参考。     

Shaking table collapse test on exterior corridor RC frame with infill walls

为研究外廊式RC框架结构体系中填充墙对结构抗地震倒塌性能的影响，以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型，进行了一个缩尺比例为1∶4的外廊式框架结构模型振动台试验，得到了结构地震倒塌的全过程现象和破坏倒塌机制。试验结果表明：模型结构在振动台上的倒塌始于结构底层教室侧纵向框架柱的破坏，该侧框架柱破坏位置集中在柱端和半高填充墙位置处，形成明显塑性铰；之后，纵向另外两榀框架柱相继失效，造成结构底层率先倒塌，继而产生更大范围的逐层连续倒塌，与实际震害的倒塌模式基本一致。进一步利用ABAQUS有限元软件，建立了有无填充墙外廊式框架结构的数值模型，进行了底层柱剪力和塑性铰分布情况分析，结果表明，半高填充墙对柱的约束效应对结构损伤分布和破坏机制产生较大影响，建议在设计中应考虑填充墙的刚度，避免半高填充墙与柱的硬连接布置。     

人字支撑复合结构的合理耗能机制选择分析

通过对柔性梁柱加"人字"支撑形成的一榀新型复合结构进行静力弹塑性(Pushover)分析,从理论上研究该复合结构的抗震性能,满足按9度多遇地震的抗震能力和罕遇地震的抗倒塌验算。其耗能机制为"混合机制",塑性铰出现的位置及顺序为:支撑、梁端、柱下端、柱上端。为了得到更合理的抗震耗能机制,对影响复合结构耗能机制的主要因素、底层柱刚度和配筋、底层及二层支撑的配筋进行分析,由此优化出满足"强柱、中梁、弱支撑"多道防线抗震性能要求的合理耗能机制。计算结果表明,人字支撑复合结构的水平侧移表现为剪切变形。