地震作用下钢筋混凝土框架“强柱弱梁”屈服机制的研究

摘要

框架结构的变形能力与框架的破坏机制密切相关。实验研究表明，梁先屈服，可使整个框架有较大的内力重分布和能量消耗能力，极限层间位移增大，抗震性能较好。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。多种复杂因素都使实现“强柱弱梁”的原则变得十分困难。其中，楼板对梁的加强作用使柱端出现大量塑性铰而承载力大大降低，伴随着较大的层间位移使得整个结构形成机构，尤其是当同层柱同时出现塑性铰时，严重威胁结构的安全甚至造成结构倒塌。因此，“强柱弱梁”的实现是一个迫切需要研究解决的问题。
　　 基于上述现状，本文初步完成的工作如下：
　　 (1)严格按照我国现行规范设计了一钢筋混凝土框架，分别用ANSYS软件建立纯框架模型和带楼板的框架模型2个三维分析模型，然后分别对2个模型进行三向地震动同时作用下的弹塑性时程分析，研究楼板对框架结构抗震性能的影响。
　　 (2)取带楼板的框架模型，保持梁端弯矩不变，依次增大柱端弯矩增大系数以增大柱端弯矩，同时相应的在模型依次加大柱配筋，直到塑性铰出现在梁端，达到“强柱弱梁”。
　　 (3)考虑有效板宽范围内板筋对梁受弯承载力的贡献，减小带楼板模型中梁纵筋面积，进行弹塑性时程分析，并推导承载力计算公式对结果进行验证。通过以上研究，得到的主要结论如下：
　　 (1)通过对模型分析表明，当柱端弯矩增大系数取为1.7时能有效的实现“强柱弱梁”，并且是在满足梁端实配钢筋不超过计算配筋10％的前提下，当梁端实配钢筋超过计算配筋10％时，建议应对实配钢筋进行验算。
　　 (2)对于考虑柱端弯矩增大系数后对结构可能造成的不利影响，可以通过考虑楼板有效板宽内与肋梁平行的钢筋的受弯承载力来减小梁内受拉钢筋的“超配”，从而减小柱端弯矩增大系数。对于本文模型，考虑板钢筋后，采用现行规范的1.2倍的柱端弯矩增大系数可以实现“强柱弱梁”。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1.钢筋混凝土结构抗震设计的基本思路

1.1.1.概述

1.1.2.我国钢筋混凝土结构抗震设计的基本思路

1.1.3.中外规范抗震设计的差异

1.1.4.我国现行规范中关于“强柱弱梁”的相关规定及存在的问题

1.2.本文的研究目的

1.3.本文的研究内容

1.4.本章小结

第2章钢筋混凝土结构实现“强柱弱梁”屈服机制的影响分析

2.1.钢筋混凝土框架结构的破坏机制

2.2.影响梁柱抗弯强弱的因素

2.2.1.材料非线性特征的影响

2.2.2.柱轴压比限值规定偏高，柱截面尺寸偏小

2.2.3.楼板的影响

2.2.4.梁截面尺寸增大，梁端抗弯承载力增大

2.2.5.填充墙的影响

2.2.6.梁端超配筋和钢筋实际强度超强

2.2.7.柱的最小配筋率和最小配箍率偏小

2.2.8.梁柱可靠度的差异

2.3.我国规范中对于楼板的考虑

2.4.考虑楼板作用的“强柱弱梁”设计途径

2.4.1.楼板的有效翼缘宽度的研究现状

2.4.2.柱端弯矩增大系数的研究现状

2.5.本章小结

第3章柱端弯矩增大系数的取值的有限元模拟

3.1.钢筋混凝土框架设计过程

3.1.1.结构方案与概况

3.1.2.结构分析及设计参数

3.1.3.梁端弯矩调幅

3.2.动力时程分析法的理论

3.3.混凝土框架模型在ANSYS中的建立

3.3.1.有限元模型选择

3.3.2.Solid65单元

3.3.3.LINK8单元

3.3.4.混凝土本构关系与破坏准则

3.3.5.对称性的利用

3.3.6.网格划分

3.3.7.加载与求解

3.4.楼板对框架结构抗震性能的影响

3.4.1.楼板对框架塑性铰分布的影响

3.4.2.柱端弯矩增大系数的讨论

3.4.3.考虑实际工程的柱端弯矩增大系数的取值

3.4.4.各模型的出铰位置、顺序及发展过程

3.5.考虑板筋引起“超配”的柱端弯矩增大系数

3.5.1.考虑板筋引起“超配”的有限元模拟

3.5.2.考虑板筋引起“超配”的梁端受弯承载力计算

3.6.结论和建议

3.7.本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A：攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录