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。     

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。     

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。     

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"。     

自控耗能UPPC框架结构理论分析

在无粘结部分预应力混凝土(UPPC)框架梁中设置自控元件,可调减地震作用下无粘结预应力筋的应力,从而降低梁的抗弯承载力,使得UPPC框架结构在地震力作用下形成梁铰耗能机制,实现"强柱弱梁"。本文探讨了自控耗能UPPC框架结构的结构体系、耗能机理、自控元件的设计及阈值的确定。分析结果表明:相比于没有设置自控元件的普通UPPC框架,设置了自控元件的自控耗能UPPC框架水平抗侧力稍低;普通UPPC框架在柱端率先形成塑性铰,而自控耗能UPPC框架在梁端率先形成塑性铰可实现梁铰侧移机制。     

某三层矩形钢管混凝土框架塑性铰长度试验研究

为了研究多层矩形钢管混凝土框架的塑性铰长度和塑性铰开展顺序,通过一榀单跨三层矩形钢管混凝土框架结构的低周反复荷载试验以及非线性有限元分析,得到了该类框架结构的破坏模式、塑性铰的分布位置、塑性铰的长度以及其开展顺序。结果表明:该框架表现出"强柱弱梁"的破坏机制,塑性铰开展的顺序依次是框架2层梁端、1层梁端、顶层梁端、框架柱脚;梁、柱端塑性铰中心出现在距离环板和加劲肋40mm的位置,塑性铰长度约为100mm;当轴压比小于0.4且剪跨比小于2时,通过理论计算得到框架柱的塑性铰长度为98.7mm,框架梁的塑性铰长度为104.4mm;采用ABAQUS有限元软件对试验全过程分析得到的滞回曲线饱满,并与试验滞回曲线相吻合,说明此类框架结构抗震性能良好;有限元模拟得到框架梁、柱塑性铰长度为100mm;试验分析、理论计算和有限元模拟得到框架结构的塑性铰长度基本一致,说明选用的塑性铰长度计算方法适用于多层矩形钢管混凝土框架,可为实际工程设计提供相关依据。     

传统框架及楼板局部设缝框架动力弹塑性时程分析

本文提出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。分析了小震和大震作用下,传统框架与楼板局部设缝框架的地震反应,研究大震作用下结构的塑性铰分布,表明楼板局部设缝框架结构能改善其屈服机制,实现"强柱弱梁"的抗震要求,提高结构抗震性能。     

传统框架及楼板局部设缝框架柱端弯矩增大系数分析

柱端弯矩增大系数是实现结构"强柱弱梁"的关键措施之一。分析了传统框架的柱端弯矩增大系数,表明现浇楼板对框架梁端抗弯承载力的贡献不可忽略,抗震规范给出的柱端弯矩增大系数难以实现梁铰屈服机制,柱端出现塑性铰难以避免,由此对框架梁侧楼板局部设缝,以消除楼板对框架梁端抗弯承载力的贡献,从而分析该楼板局部设缝框架的柱端弯矩增大系数,表明现行抗震规范给出的柱端弯矩增大系数对于楼板局部设缝的框架可以实现"强柱弱梁"屈服机制。     

双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

本文对双向地震作用下传统框架和楼板局部设缝框架进行了动力弹塑性分析。结果表明,楼板局部设缝框架在极限状态下框架梁端受拉钢筋应力高于框架柱相应值,并且塑性铰主要分布在框架梁端,呈梁铰屈服机制,而传统框架塑性铰主要分布在柱端,呈柱铰屈服机制。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。     

水平地震作用下钢筋混凝土平面框架弯矩调幅研究

从承载能力极限状态的角度出发,通过一个受水平集中力的单层单跨框架模型,研究了钢筋混凝土平面框架结构在水平地震作用下的破坏规律。研究结果表明,在水平力作用下,框架梁端屈服将导致框架柱底端弯矩急剧增大,平面框架结构将提前屈服。这表明框架梁的弯曲刚度对框架的承载力有显著的影响,梁端弯矩调幅将降低平面框架结构的承载力。另一方面,框架梁端屈服以后框架结构的侧移将迅速增长。在水平地震作用下,梁端弯矩调幅将增大框架结构倒塌的风险,结构偏于不安全。当按照《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2001)进行设计时,在保证形成"强柱弱梁"破坏机制的前提下,钢筋混凝土平面框架结构不应进行弯矩调幅。     

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。     

强梁弱柱型钢管混凝土柱-钢梁节点抗震性能研究

以柱梁强度比为控制指标,设计了5个强梁弱柱型方钢管混凝土柱-H型钢梁节点,对其进行低周反复荷载试验,考察轴压比、含钢率及节点形式对该类节点抗震性能的影响。结果表明:各试件均在柱端出现塑性铰,极限柱转角均值介于1/34～1/18之间,抗倒塌能力强;边柱节点易发生焊缝破坏,中柱节点的抗震性能优于边柱节点;含钢率越大,轴压比越小,滞回曲线越饱满,承载力退化与刚度退化越慢,延性性能与耗能能力越好;轴压比对抗震性能的影响比含钢率的影响更明显;用我国规范和规程规定的方法验算了方钢管混凝土柱的试验承载力,规范和规程的计算结果偏于安全;对规程的压弯构件承载力计算公式进行了修正,可为规程的修订提供参考。     

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。     

现浇楼板框架结构“强柱弱梁”屈服机制限元分析与研究

结构抗震设计的基本原则之一是保证“强柱弱梁”,设计期望结构在受到强震作用时梁先于柱破坏,通过梁铰消耗地震能量,避免结构倒塌.然而实际震害调查结果表明,框架结构并未实现预期的“强柱弱梁”型的破坏形态,反而更多的呈现为“强梁弱柱”的破坏模式.通过运用有限元软件,重点研究框架梁端两侧不同宽度范围内的楼板对框架结构“强柱弱梁”屈服机制形成的影响,并给出有效翼缘的建议取值以及改进的设计建议.     

楼板局部设缝框架结构静力弹塑性分析

框架结构实现"梁铰屈服"机制是保证大震不倒的措施之一。本文在以往研究的基础上,提出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,以消除现浇楼板及其纵筋对梁端抗弯承载力的贡献,实现梁铰屈服机制。文章针对7度和8度设防烈度的设缝框架和传统框架分别进行静力弹塑性分析,研究结构P-Δ变形曲线、塑性铰分布以及结构的屈服机制,并分别对楼板局部设缝框架和传统框架进行抗震能力评估。结果表明,楼板局部设缝能改善框架结构的屈服机制,满足"强柱弱梁"抗震要求,提高结构抗震性能。     

高强轻骨料混凝土框架结构抗震性能试验研究

以某高铁站房框架结构底部两层为研究对象,完成一榀缩尺比为1∶5的两层两跨高强轻骨料混凝土框架整体模型低周反复荷载试验,研究了框架受力过程、破坏机制与破坏形态、位移延性、滞回耗能特性以及刚度退化等。结果表明:按照JGJ 12—2006《轻骨料混凝土结构技术规程》设计的试验框架能够满足"强柱弱梁、强节点弱构件"的设计要求;破坏机制属混合破坏机制,即塑性铰首先在模型首层梁端出现,在首层梁端出现塑性铰后柱端出现塑性铰,试件以柱根部混凝土压溃、柱内纵筋压曲外露为破坏标志,节点核心区箍筋在试件受力全过程中一直处于弹性工作状态。框架整体及层间的滞回曲线均较为饱满,高强轻骨料混凝土框架具有较好的耗能能力。     

低周反复荷载下强梁弱柱型钢混凝土变柱T型节点力学性能研究

型钢混凝土混合结构火电厂主厂房中的边节点属于强梁弱柱、变柱异型节点,通过4个1/5缩尺比试件的低周反复加载试验分析探讨此类节点的抗震性能。研究结果表明:强梁弱柱型钢混凝土变柱T型节点主要发生柱端破坏,抗震性能较差,沿纵横向同时配置短肢剪力墙后节点破坏模式变为利于抗震的近梁端破坏;与型钢混凝土柱-钢筋混凝土梁节点相比,型钢混凝土柱-型钢混凝土梁节点的延性性能与耗能能力较强,但受破坏模式影响,强度未得到提高;配置短肢剪力墙后,型钢混凝土柱-钢筋混凝土梁异型边节点的承载能力、滞回性能、变形性能、刚度特性均得到较大提高,且同时配置纵横向短肢剪力墙节点的受力性能改善效果更为明显,有效地改善了该类节点强梁弱柱的不利特性,是一种值得推广应用的新型节点类型。     

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。     

拉筋接触方式对高轴压比钢管混凝土柱抗震性能影响试验研究

高轴压比下的钢管混凝土柱抗震性能较差,端部拉筋能够有效提高钢管混凝土柱的抗震能力,但拉筋与钢管壁焊接施工困难,不利于工程应用。为了研究拉筋笼与钢管壁间接触方式对钢管混凝土柱整体抗震性能的影响,通过对2个圆形和4个方形截面高轴压比端部带拉筋的钢管混凝土柱进行水平低周往复荷载作用下的试验研究,分析不同接触方式对其破坏形态、滞回耗能能力、骨架曲线、弹性刚度、承载力、延性系数、刚度退化和残余变形率的影响规律。结果表明：拉筋笼与钢管内壁焊接能够加强拉筋和钢管对混凝土的约束作用,从而增加构件的整体刚度。同时,塑性铰处钢管鼓曲幅值与局部屈曲长度明显降低,因此获得了更高的弹性刚度、承载力和滞回耗能能力;外径尺寸和其他设计参数相同时,常用拉筋笼约束方式下方钢管混凝土柱比圆钢管混凝土柱具有更大的抗弯刚度、承载力和塑性耗能能力,且破坏时始终表现为塑性压铰,而带拉筋圆钢管混凝土柱在破坏后往往由塑性压铰转变为拉铰。