楼板对钢筋混凝土框架结构“强梁弱柱”式破坏的影响分析

摘要

在汶川地震和玉树地震中，很多按现行规范设计的钢筋混凝土框架结构出现了结构抗震设计中极力避免的“强梁弱柱”式破坏，而不是预期的“强柱弱梁”延性破坏机制。这种震害现象引起了研究人员的高度关注，并开展了相关研究。
　　本文在系统总结国内外相关研究的基础上，主要从结构和构件耗能、构件利用率与层间位移角三个角度，就楼板对“强梁弱柱”式破坏的影响进行了研究，主要工作如下：
　　1.对比评述了各国规范对“强柱弱梁”的相关规定。各国规范对于“强柱弱梁”的设计思想都是采用增大柱端弯矩的方法。区别在于计算梁端设计弯矩时，对楼板的考虑：一种是按梁原截面计算梁端设计弯矩，通过提高柱端弯矩增大系数的取值，间接考虑楼板影响；另一种是将楼板对梁的加强作用折算成一定范围内的板，参与梁受弯，按T型截面计算梁端设计弯矩。
　　2.研究在不同强度水平地震动作用下，楼板对RC框架结构地震反应的影响。通过将梁和楼板的共同作用简化为不同有效翼缘宽度的T型梁，建立四个分析模型，并对其进行非线性地震反应分析。从结构和构件耗能、构件利用率和层间位移角三个角度的对比分析，发现：
　　1）当地震动强度不大于原结构设防烈度的罕遇地震时，由于楼板对梁的加强作用，随着 T型梁有效翼缘宽度的增加，梁中的非弹性耗能减少，而柱的非弹性耗能并未增加；框架结构中的主要受力构件（框架梁和框架柱）的利用率总体在降低；层间位移角减小。
　　2）当地震动强度大于原结构设防烈度的罕遇地震时，由于楼板对梁的加强作用，随着 T型梁有效翼缘宽度的增加，梁中的非弹性耗能减少，底层框架柱非弹性耗能增加；总体上梁的利用率降低，柱的利用率提高，特别是底层柱；底层层间位移角增大；结构发生“强梁弱柱”式破坏的可能性增大。
　　3.以汶川地震中倒塌的漩口中学前教学楼作为原型，建立三个分析模型：裸框架模型，按美国ACI规范和新西兰NZS3101规范分别计算T型梁有效翼缘宽度的模型。进一步研究T梁有效翼缘宽度取值对钢筋混凝土框架结构“强梁弱柱”式破坏的影响。通过对比梁抗弯承载力，发现楼板能显著提高梁端负弯矩承载力并影响“强梁弱柱”机制的形成。通过对比结构和构件耗能、构件利用率和结构层间位移，得出楼板提高了梁的刚度和强度，降低了梁的耗能能力，而使底层柱在强地震动下的非弹性耗能、利用率增大，底层的层间最大位移角增大，使底层优先形成薄弱层，增大了结构倒塌的风险，提高了结构发生“强梁弱柱”式破坏的可能性。

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第一章 绪论

1.1 研究的背景和意义

1.2 各国对“强柱弱梁”的相关规定

1.3 国内外框架结构楼板影响机理研究现状

1.4 本文研究内容与安排

第二章 框架结构分析模型的建立

2.1 模型建立

2.2 模型材料的本构关系

2.3 本章小结

第三章 不同强度水平地震动下楼板对RC框架结构地震反应的影响

3.1 计算模型介绍

3.2 模型自振周期

3.3 非线性地震反应时程分析

3.4 本章小结

第四章 T梁有效翼缘宽度取值对框架结构“强梁弱柱”式破坏的影响

4.1 计算模型介绍

4.2 模型自振周期

4.3 考虑楼板作用对梁抗弯承载力的影响

4.4 非线性地震反应时程分析

4.5 本章小结

第五章 结语与展望

5.1 全文总结

5.2 下一步工作的展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士期间参与的科研项目