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。     

层间柱梁强度比对混合屈服机制钢管混凝土框架结构性能的影响

基于层间柱梁强度比方法,设计出一种允许具有部分柱屈服的整体型屈服机制——混合屈服机制钢管混凝土框架结构.该结构通过设立强度较大的边柱来避免层间屈服破坏,而允许中柱柱端屈服,从而放松中柱的强柱弱梁条件.采用弹塑性动力时程分析方法,比较了梁铰屈服机制和混合屈服机制的两种6层框架结构的地震响应,讨论了允许出铰的中柱柱端塑性变形情况,并分析了混合屈服机制实现的可能性.研究表明,层间柱梁强度比是控制钢管混凝土框架结构整体屈服模式的有效参数,不同的强度比下结构表现出极为不同的性能,因此具有重要意义.     

装配式套筒连接CFST柱-RC梁节点抗震性能

结合装配式节点和钢管混凝土(CFST)柱-钢筋混凝土(RC)梁节点各自优点,提出新型装配式套筒连接CFST柱-RC梁节点.为探讨该类节点抗震性能,对8个足尺劲性装配式套筒连接CFST柱-RC梁节点进行了低周往复荷载试验研究,考察了柱轴压比、梁柱连接角度(45°、90°)、梁柱位置(中间节点、边节点)对该类节点抗震性能的影响,对节点破坏形态、失效机制、滞回性能、骨架曲线、位移延性和耗能能力进行分析.采用ABAQUS程序建立节点的精细有限元模型,验证了其正确性.研究表明:该类节点具有"强钢管混凝土柱-弱钢筋混凝土梁"、"强节点-弱构件"的理想失效机制和较高承载力,试件加载至3~4.5倍屈服位移时因套筒位置附近纵筋拉断而破坏;节点耗能能力较强,变形能力较好,45°节点的平均位移延性系数3,90°节点的平均位移延性系数4.     

框架构件的箍筋设置与其延性的相关性研究

钢筋混凝土多层框架是按"强柱弱梁"、"强剪弱弯"及"强节点重锚固"的设计原则进行的,而其梁和柱的箍筋设置是否合理、适当,则是保证框架结构"强柱弱梁"和"强剪弱弯"的重要手段,是保证框架形成延性结构的重要措施,延性好的钢筋混凝土框架可以吸收更多的地震能量,使其震害减轻。但是仅仅靠结构计算来保证结构的"强柱弱梁"、"强剪弱弯"和"强节点重锚固"是不可能实现的。影响地震作用和结构抗震能力的因素非常复杂,这些影响因素很难全面系统地用结构计算的方法来解决。     

RC框架结构合理破坏机制的实现

为使RC框架结构在强震中有效形成合理的破坏机制,提高其抗震性能,采用OpenSees平台模拟变轴力柱弯曲性能和结构反应下降段的基于柔度法纤维模型,考虑楼板及板筋、结构超强、内力重分布等影响因素,对按现行规范设计的各设防烈度区6层规则框架进行非线性Pushover分析,考察了我国抗震规范中强柱弱梁措施的有效性及控制效果的影响因素,与汶川地震震害现象进行对比,并通过算例分析探讨了实现以梁铰为主的合理破坏机制的有效措施.分析结果表明:大震下6度区框架出铰较少,7度、8度区框架以柱铰为主,并出现了层侧移机构,结构抗震能力不足,与震害现象基本相符9,度区形成了以梁铰为主的梁柱铰机构.现行规范措施除9度区以外均不能实现框架结构预期的破坏机制,提高强柱弱梁系数、减小轴压比和提高小震设计地震力等措施可有效避免柱铰机制.     

钢筋混凝土框架“强柱弱梁”及轴压比限值的概率分析

从可靠度校准的角度分析了现行建筑抗震设计规范“强柱弱梁”和轴太比限值的概率意义。结合框架和节点试验结果,表明现行规范规定的柱梁弯矩比并不能有效地防止柱铰机构的形成,不同抗震等级框架的轴压比限值的失效概率相差较大。本文认为,在保证相同的延性换效概率的前提下,可以通过提高柱梁抗弯强度比来放宽规范轴压比的限制。最后,探讨了进一步研究的思路和方法。     

钢筋混凝土框架柱的抗震延性设计

文章重点从强柱弱梁系数、配箍特征值、轴压比几个角度分析,为在抗震设计中实现混凝土框架柱延性提供保证,从而总体上可对结构的抗震能力予以把握。     

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。     

三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

本文通过对传统框架和楼板局部设缝框架进行动力弹塑性分析.结果表明:传统框架柱端钢筋受拉应力高于梁端相应值,塑性铰主要分布在框架柱端,呈柱铰屈服机制;而楼板局部设缝框架梁端钢筋受拉应力高于柱端相应值,塑性铰主要分布在框架梁端,呈梁铰屈服机制;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.     

无粘结部分预应力混凝土柱抗震性能的试验

为研究外加轴压比和预加轴压比对试验柱抗震性能以及恢复性能的影响,对5根无粘结部分预应力混凝土框架柱进行拟静力试验研究.研究结果表明:随着外加轴压比的增加,柱的抗震耗能性能增强,开裂荷载基本不变,屈服荷载和极限荷载提高,但延性降低,复位能力降低.随着柱的预加轴压比的增加,其耗能能力下降,开裂荷载基本不变,但屈服荷载有小幅增加,极限荷载降低.预加轴压比对柱子延性的影响较小,在达到极限荷载之前,预加轴压比低的柱复位性能稍好,但达到极限荷载之后,预加轴压比高的柱拥有更强的复位能力.     

SRC柱—钢梁组合框架"强柱弱梁"破坏机制研究

结合SRC框架振动台试验和Pushover分析结果,针对实际SRC柱-钢梁组合框架不易出现"强柱弱梁"破坏机制的问题进行了研究.从抗震规范对于钢筋混凝土框架和钢框架"强柱弱梁"机制控制的不协调和钢梁与SRC柱在抗震特性本身的差异两方面,论证了组合框架"强柱弱梁"破坏机制的实现在规范方面存在基础上的缺陷以及内力调整方面存在的不足,提出了钢梁-SRC柱组合框架"强柱弱梁"的实现宜按照极限承载力进行调整并以钢筋混凝土一级框架相应的内力调整系数进行设计的建议,指出了对SRC构件进行有限元模拟时需注意的问题.     

角钢加固钢筋混凝土框架抗火性能研究

应用Abaqus有限元软件建立了角钢加固钢筋混凝土框架的热-力耦合分析模型,利用钢筋混凝土梁、柱和框架的抗火试验数据对温度场和力学分析模型进行了验证。利用验证后的模型,分析了轴压比、荷载比、承载力提高系数对角钢加固钢筋混凝土框架的变形特征和耐火极限的影响规律。结果表明:由于边柱荷载比中柱小,受到的约束也弱于中柱,其轴向膨胀变形和水平侧移比中柱大;加固柱的轴压比对框架的破坏形式有重要影响,当加固柱的轴压比较小时,受火梁先发生破坏,导致局部破坏;随着轴压比的增大,底层框架柱先于受火梁发生破坏,导致整体破坏;轴压比影响框架加固柱的刚度和结构的内力分布;轴压比和火灾荷载比的增大导致框架耐火极限下降,荷载比对框架耐火极限的影响更为明显;在荷载比相同的情况下,承载力提高系数对框架柱耐火极限的影响很小。     

SRC柱-钢梁混合框架抗震性能研究

对一榀SRC框架进行静力非线性分析,分析结果与试验吻合较好;在此背景下,通过对两跨三层的SRC柱-钢梁混合框架进行静力非线性分析,研究了SRC柱含钢率和梁柱线刚度比对混合框架抗震性能的影响.结果表明,SRC柱-钢梁底层框架实现了"强柱弱梁"破坏模式,混合框架荷载-位移曲线经历了较长的塑性变形阶段,结构表现出良好的整体延性.随着梁柱线刚度比增加,框架破坏模式逐渐从整体"强柱弱梁"过渡为"强梁弱柱"破坏模式,结构延性下降明显,设计时可取0.3~0.4作为参考的界限梁柱线刚度比.     

混凝土框架结构典型震害分析

在对近几年国内外地震中房屋震害调查发现,"强梁弱柱"是造成多数建筑物局部破坏乃至整体倒塌的主要破坏机制,这违背了抗震规范要求的"强柱弱梁"设计初衷.形成这种破坏机制的原因是多方面的,本文通过对已有资料的总结,分析了不同因素对混凝土框架结构发生"强柱弱梁"破坏现象的影响.     

45°方向地震作用下RC空间梁柱节点破坏机制研究

汶川地震中大量钢筋混凝土结构房屋柱端严重破坏、甚至引起房屋倒塌,没有形成"强柱弱梁"破坏机制.本文从空间梁柱节点受力分析、模型试验和有限元数值分析3个方面论述了钢筋混凝土空间梁柱节点在45°方向地震作用下的破坏机制,在现行抗震设计规范规定沿结构两个主轴方向分别计算地震作用并进行抗震验算的设计方法中,没有考虑45°方向地震作用是造成不能形成"强柱弱梁"破坏机制的主要原因之一,指出了在框架结构"强柱弱梁"抗震设计中应考虑45°方向地震作用的必要性.     

多层砖混结构房屋中构造柱与圈梁相交节点设计

构造柱与圈梁相交时,同截面设计无法保证;圈梁以联系梁、偏心受拉(压)为主要受力状态,与钢筋骨架宽度的相关不十分明显;按"强柱弱梁"理论,应保证构造柱主筋.     

扩翼式弱轴连接边框节点抗震性能研究

提出了一种新型的节点域箱形加强式工字形柱弱轴连接,基于此节点形式设计梁端翼缘扩大型边框架节点足尺试件进行单调荷载试验研究.采用通用有限元软件ABAQUS对此类节点在单调荷载作用下的受力性能进行模拟对比验证后,对此类节点进行低周反复荷载作用下的一系列有限元变参数模拟分析,研究各种因素对该类节点力学性能的影响.研究结果表明:扩翼式新型弱轴连接节点在低周反复荷载作用下,塑性转动能力能达到0.03 rad以上,塑性铰出现在扩大翼缘的末端,柱子节点域基本处于弹性状态,能较好地满足"强柱弱梁"和"强节点域"的抗震设计理念;我国抗震设计规范中"梁端扩大部分的直角边长比可取为1:2至1:3"这项规定对扩翼式新型弱轴连接同样适用;给出了蒙皮板尺寸的建议取值.     

方钢管混凝土柱塑性变形性能的试验研究

提出了允许部分柱屈服的混合型屈服机制,允许部分方钢管混凝土柱屈服耗能,但要求柱不丧失承载力以避免层倒塌,为考察方钢管混凝土柱屈服后的力学性能,对方钢管混凝土柱在低周反复荷载作用下的力学性能进行了试验研究,分析了轴压比、含钢率、长细比等参数对方钢管混凝土柱滞回曲线、刚度曲线、延性系数、塑性变形性能的影响.试验结果表明:方钢管混凝土柱屈服后承载力无明显下降,具有良好的延性和耗能能力,且随含钢率的增加,钢管混凝土柱的耗能能力和塑性变形能力提高;而随轴压比和长细比的增大,钢管混凝土柱的耗能能力和塑性变形能力却相应降低.     

框架内填带洞单排配筋墙体结构抗震试验

为研究开洞对RC框架内填单排配筋墙体结构抗震性能的影响,设计了2个1/2缩尺两层单跨模型,一个单侧带门洞,一个对称带窗洞.通过拟静力试验,研究破坏特征、滞回性能、骨架曲线、承载力、刚度、耗能和延性等.结果表明:无洞口侧墙体沿梁、柱边缘破坏,带门洞侧门洞上部、角部墙体破坏严重;带窗洞试件窗间墙、窗洞角部墙体破坏严重;无洞口比带门洞侧的承载力高27%,无洞口比带门洞侧的初始、屈服、峰值刚度分别高7.37%、30.43%、35.97%;对称带窗洞试件的正、负向延性系数比单侧带门洞试件分别高39.55%、41.86%;单排配筋墙体是第一道抗震防线,墙体退出工作后,演变为承载力稳定的框架结构;框架实现了"强柱弱梁"、"强剪弱弯"、"强节点"的设计原则.