钢筋混凝土框架强柱弱梁屈服机制问题的分析

多次地震灾害表明,采用现浇楼板的钢筋混凝土框架很难实现原抗震设计所期望的“强柱弱梁”延性屈服机制,绝大多数的裂缝损伤或塑性铰发生在框架柱的端部而非梁端.基于国内外研究现状与设计规范中的规定,针对钢筋混凝土梁柱节点中的楼板贡献、柱端抗弯承载力之和与梁端抗弯承载力之和的比值选取、水平地震作用方向的影响、所用材料性能强化以及框架柱所承受轴向力的动态变化影响进行分析,进一步了解“强柱弱梁”屈服机制未能实现的多方面因素.鉴于目前此类问题常用抗震加固方法的不足,介绍一种有效可行的框架梁端部负弯矩承载力弱化的抗震加固措施,可以使得既有带现浇楼板的钢筋混凝土框架易于出现梁端塑性铰,提高钢筋混凝土框架整体的延性能力.     

抗震框架梁受拉钢筋最小配筋率的功能和取值

钢筋混凝土抗震框架梁的端部是保证结构抗震延性和塑性耗能能力的关键部位。本文以梁端截面的开裂弯矩与屈服弯矩的关系为基础，分析了梁端正、负弯矩受拉钢筋最小配筋率在保证框架抗震性能中的作用。通过与有关国家规范最小配筋率相应规定的对比，对我国修订后规范抗震框架梁受拉钢筋最小配筋率的取值方案进行了分析评价，并给出了进一步改进的建议。     

配有钢纤维RPC永久柱模的RC框架静力性能试验

目的研究配有钢纤维RPC永久柱模的装配整体式钢筋混凝土框架结构在单调静力荷载作用下,永久柱模对承载力的影响．方法制作配有这种柱模的钢筋混凝土框架结构,进行静力性能试验,观察并分析框架结构在单调静力荷载作用下的受力特征、变形特点以及破坏状态．结果配有这种柱模的钢筋混凝土框架结构,框架梁荷载一跨中变形关系曲线近似呈四折线;这类框架破坏时首先框架梁跨中受拉钢筋屈服,其次框架梁端上部受拉钢筋屈服,结构形成三铰的可变体系,最后以梁端混凝土被压碎导致整体破坏．结论钢纤维RPC永久柱模对核心柱有一定的紧箍约束作用;柱模与核心混凝土具有良好的粘结与协调工作特性;钢纤维RPC永久柱模对框架承载力有一定提高作用．     

楼板负弯矩筋对框架梁端正截面抗震承载力的影响

现浇楼板与框架梁一起浇注,两者共同工作能力强.本文主要针对在梁端截面有效受拉翼缘宽度范围内,与框架梁跨度同向的楼板配筋对框架梁端正截面抗震承载力的影响做进一步探讨,为框架结构设计实现"强柱弱梁"屈服机制提供参考.     

双向地震下RC框架柱端弯矩增强措施的合理取值

双向水平地震动的耦合作用将使塑性变形更多集中于柱端,框架结构在双向地震下的塑性铰分布明显较单向地震作用下更差。严格按中国规范设计了8度0.2g区二级抗震规则空间框架结构,并采用上部各层柱端"强柱弱梁"措施与底层柱下端弯矩增大系数不同取值的多种组合,形成了共7个算例框架。在OpenSees平台上,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,对各空间框架进行了罕遇地震下的非线性反应分析。结果表明,在双向水平地震作用下,抗震规范给出的8度二级抗震的"强柱弱梁"措施取值明显偏低,框架部分楼层形成了层侧移柱铰屈服机制。基于梁端实际配筋∑Mbua对上部各柱端进行"强柱弱梁"调整的塑性铰控制效果较好,但底层柱下端非线性损伤过大。将底层柱下端的弯矩增大系数提高为1.8,上部各柱端按∑Mc=1.25∑Mb进行增强可形成较为优化的塑性铰控制效果。     

钢管混凝土框架结构的柱脚延性试验研究

柱端塑性铰是框架结构梁铰破坏机制的一个重要特征。钢管混凝土框架结构极限破坏是由柱端塑性铰导致的。基于低周反复荷载作用下钢管混凝土框架结构抗震性能的模型试验，对钢管混凝土框架结构的柱脚延性进行研究。结果表明：钢管混凝土框架结构在低周水平反复荷载作用下，柱脚处钢管的环向应变屈服是框架柱塑性铰形成的判别标准；柱脚延性系数要大于整体框架的延性系数。     

现浇楼板对RC框架结构“强柱弱梁”破坏机制的影响及措施

以地震中倒塌的汶川漩口中学教学楼为原型,设计了两个具有不同形式现浇楼板的钢筋混凝土框架结构对比模型,分别为普通现浇楼板模型和四角设缝楼板模型,运用DIANA进行了非线性有限元数值模拟。动力时程对比分析表明：忽视现浇楼板的贡献使RC框架结构很难实现“强柱弱梁”破坏机制,现浇楼板四角设缝的措施,可以有效减少框架结构柱端的塑性铰数量,使结构呈现出“强柱弱梁”破坏机制,提高了RC框架结构的延性和抗震性能。     

钢-混凝土组合框架强柱弱梁设计方法研究

针对"5.12"汶川大地震中大多数钢筋混凝土框架结构出现了大量的柱铰破坏机制而不是梁铰破坏机制的问题,2010版抗震规范提高了框架结构强柱弱梁的柱端弯矩增大系数。对于常见的由钢管混凝土柱和钢-混凝土组合梁组成的组合框架结构,规范中没有给出相应的方法来实现强柱弱梁。根据组合框架的受力特点,采用Pushover分析方法,对组合梁-方钢管混凝土柱框架结构的破坏模式进行研究,讨论了柱和梁极限弯矩比与梁柱线刚度比对结构屈服机制的影响;结果表明,采用RC框架弹性内力调整的方法,不足以真正实现强柱弱梁的屈服机制。并初步建议了实现组合梁-钢管混凝土框架结构强柱弱梁的设计公式,为组合框架结构的设计提供参考。     

钢筋混凝土带腋撑框架结构的试验

提出了一种带腋撑的新型钢筋混凝土(含预应力混凝土)框架结构.该结构由常规的钢筋混凝土框架结构以及设置在节点区的腋撑组成.腋撑的设置,改变了框架梁端、框架柱端的设计控制截面的位置,大幅度减少了框架梁端、框架柱端设计控制截面的弯矩值、剪力值.结果表明,钢筋混凝土带腋撑框架结构在荷载作用下,首先在梁腋撑处的外侧形成塑性铰,然后在梁跨中出现塑性铰,且梁端及节点区受力性能良好,使得结构具有良好的承载能力和变形能力.     

双向地震输入下配高强钢筋的框架结构非弹性地震反应

为了研究配置不同高强钢筋的混凝土框架结构的抗震性能,在3个抗震设防烈度区按现行规范分别设计了按等强代换原则配置3种不同高强钢筋的空间框架结构（I组）,利用OpenSEES软件对结构进行了多组双向水平地震动输入下的非弹性地震反应分析。并以HRB400钢筋为基础,按等面积代换原则将8、9度区结构的柱纵筋分别替换为HRB500及HRB600钢筋（II组）,并完成相应非弹性地震反应分析以考察此做法对结构屈服机制的控制效果。I组结构的分析结果表明：在同一烈度区,随配筋强度的增大,结构的整体和局部位移响应呈小幅增大,而杆端出铰率及转角延性需求都有所下降,结构抗震性能有所提高;8、9度区采用HRB400及HRB500钢筋的结构,在罕遇地震作用下形成以柱铰为主或柱铰偏多的梁柱铰混合耗能机制,其地震反应相对不利,而采用HRB600钢筋之后,柱铰数量明显减少,抗震性能明显改善,但其柱端最大转角及其最大延性需求仍大于梁端,未能充分发挥梁端的良好耗能作用。II组结构的分析结果表明：将柱纵筋按等面积代换原则由HRB400钢筋替换为更高强度钢筋后,柱承载力得到实质性加强,柱铰数量显著减少,梁铰数量增加,结构形成了以梁铰为主或梁铰较多的混合耗能机构,其整体抗震性能明显提高。     

T形件加强型节点PEC柱-钢梁组合框架层间倒塌机理试验研究

为研究T形件焊接加强型节点卷边PEC柱-钢梁组合框架层间倒塌机理,按1:2缩尺设计制作了1榀组合框架中间层子结构模型试件并进行拟静力试验,从试件受荷过程分析了组合框架中间层子结构的滞回特性、承载力、抗侧刚度、耗能能力、变形模式和倒塌破坏机构等抗震性能.研究结果表明:T形件焊接加强型连接方式增强了节点连接的刚度,实现了梁塑性铰位置远离节点区和结构梁端塑性屈服耗能的设计目标;T形件预拉对穿螺栓连接有效实现了节点域混凝土斜压带传力模式,相应降低了节点区的抗剪需求,更好满足了"强节点"的抗震要求;试件沿高度刚度分布均匀,试件整体水平位移表现为理想的倒三角弯剪型变形模式;试件结构的破坏模式为中间层T形件端部梁截面形成塑性铰的塑性倒塌机构,对应层间剪切角和节点连接转角均超过大震层间侧移限值1/30,且试件承载力未出现明显下降趋势,试件结构具有良好的抗倒塌性能.     

钢筋混凝土抗震框架梁柱节点的延性设计准则

在对梁端或柱端受拉钢筋屈服后发生剪切失效的节点的受力特征进行正确分类的基础上，并对相对作用剪力和相对配箍市影响节点延性的规律进行认真分析归纳之后，本文明确指出了抗震框架节点的设计准则应是在保证节点剪承载力不低于先屈服的梁端或柱端屈服承载力前提下的延性控制准则。     

型钢纤维混凝土框架加固既有结构的试验研究

在既有框架结构外侧附设新的型钢纤维混凝土框架且新旧框架通过新增设的楼板和直交梁进行连接,从而实现对既有框架加固的目的。该方法既可大幅提高结构抗震能力又可减小对原有建筑空间的影响。文章通过对1个钢筋混凝土未加固框架和3个已加固框架的低周反复荷载作用试验,重点研究了加固后框架的滞回曲线、既有框架和加固框架之间的变形关系、新旧框架柱中钢筋和型钢应力分布规律。结果表明:该加固方法不仅可提高既有结构的抗震承载力而且具有良好的稳定性;板的外伸长度以及新设加固框架中柱子的数量和梁截面尺寸是影响加固框架性能发挥的重要影响因素;新旧框架柱中钢筋和型钢应力均可达到屈服强度共同工作效果。     

CFST柱-RC环梁节点试验研究

文章对钢管混凝土（CFST）柱-钢筋混凝土（RC）环梁中节点（JN-1、JN-2）这2个节点在静载和低周反复荷载作用下的试验结果从承载力和变形能力两方面进行分析,并对环梁节点在破坏形态、延性、耗能能力等方面进行研究。试验研究表明,静载试验中,环梁节点在交界处形成塑性铰,向框架梁延伸;低周反复荷载试验中,环梁节点在环梁与框架梁交界处形成塑性铰。环梁节点满足传递梁端剪力和弯矩的要求,塑性铰在框架梁端,节点表现出良好的延性,容易达到“强柱弱梁”的抗震设计目的。     

基于Pushdown分析的RC框架抗连续倒塌承载力研究

目的 分析了典型钢筋混凝土框架的抗连续倒塌承载力规律,为抗连续倒塌设计和研究提供参考.方法 采用非线性静力Pushdown方法,对不同抗震设防烈度的非整体现浇板框架和整体现浇板框架的抗连续倒塌承载力进行了分析和对比.结果 层间不均匀内力是导致多层框架梁共同作用时相对承载力偏低的原因.梁机制和悬链线机制作用下框架结构的抗倒塌承载力分别由框架梁的抗弯承载力和抗拉承载力决定.结论 抗震设计增强了框架在梁机制作用下的抗连续倒塌承载力,而对悬链线机制作用下的抗连续倒塌承载力提高有限.楼板显著增强了框架在梁机制作用下的抗连续倒塌承载力,而对悬链线机制作用下的抗连续倒塌承载力的增强效果则取决于参与工作的楼板宽度.     

楼板对钢筋砼异形柱框架破坏机制的影响分析

采用基于柔度法的纤维模型梁柱单元,对按现行混凝土异形柱结构技术规程设计的异形柱框架结构,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2种情况,分别进行了单向水平罕遇地震输入下的空间结构弹塑性动力分析。对比分析结果表明,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混凝土异形柱结构的破坏模式,对于高烈度区混凝土异形柱结构影响尤为明显,因此该类结构在抗震设计中必须考虑现浇楼板及其钢筋的影响。     

人工消能塑性铰构造低周往复试验研究

为提高装配式钢筋混凝土框架结构的抗震性能,针对震后梁、柱构件损伤严重等问题,提出了一种新型框架梁端构造——人工消能塑性铰,即在框架梁端通过预埋机械铰实现梁、柱构件铰接,同时安装附加钢板承载并耗能。设计制作了8组不同截面形式和构造的附加钢板试件,并对装有不同附加钢板的人工消能塑性铰构造进行低周往复荷载试验,研究该构造的破坏模式,并通过滞回曲线、骨架曲线、等效粘滞阻尼系数、延性等研究其抗震性能。结果表明：塑性损伤可控制在附加钢板中间开缝段,有效利用钢板弯曲变形实现耗能,使该构造具有损伤可控和损伤构件可更换,其中,卷边槽型附加钢板可防止耗能段钢板过早屈曲并提高耗能能力。     

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（24 m）和临界跨度（18 m）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。     

端部损伤控制型RC带板梁抗震性能研究

楼板对梁端的加强作用是影响框架梁抗震性能的重要因素。合理有效的控制框架梁在地震作用下的损伤破坏机制,是提高其抗震性能的重要手段。文章基于损伤控制思想,设计并进行了端部损伤控制型钢筋混凝土带板梁试件的低周反复荷载试验,研究了各试件的破坏特征、滞回特性、骨架曲线、承载力和延性系数以及累积滞回耗能等抗震性能。结果表明:带板梁端部设置无粘结钢筋段后,于试件梁端和无粘结钢筋段上端形成多个集中耗能区域,试件承载后期变形能力增强;各损伤控制型带板梁端部承载力基本不变而延性明显改善,延性系数提高约32.1%~86.7%;带板梁端部外包薄钢板后塑性铰范围的增大,会使结构的累积耗能能力提高约65%~86%。     

侧向力模式对框架地震反应的控制能力

为了考察Pushover侧向力模式对结构局部反应的控制效果,以6层钢筋混凝土典型框架为例,在OpenSees平台上,分别进行了大样本地震波罕遇烈度作用下的非线性动力反应分析,以及3种常用侧向力分布模式的Pushover分析.以大样本时程分析的统计结果为对比基准,对3种Pushover分析结果的反应特征进行了研究,考察了框架的塑性铰分布、转角延性等局部反应.研究表明,与楼层质量成正比的均匀侧向力分布模式误差最大;根据框架瞬时割线刚度确定侧向力的适应性分布模式误差最小,其塑性铰分布规律以及各屈服杆端的转角延性值与时程分析结果的差别均最小,但柱端局部变形的误差不应忽视;倒三角侧向力分布模式分析结果的误差介于前述两种模式之间.