带钢支撑的钢筋混凝土格构化体系柱的抗震性能研究

论文摘要

如何在实际地震中实现“强柱弱梁”，是一个至今仍未得到很好解决的难题。我国的相关规范中就有相关条文规定，用于提高框架柱的承载力。但这种采用提高系数的方法，在实际地震中，却没有达到理想的效果，大量的钢筋混凝土框架结构还是在柱端产生塑性铰，甚至发生毁灭性倒塌。许多学者对这个问题进行了探讨，有些学者认为钢筋混凝土框架结构不适合于抗震，即不管对柱取多大的提高系数，除非柱的截面和剪力墙相近，否则“强柱弱梁”还是难以实现；有一部分学者则对柱端的内力组合设计值提高系数做了进一步研究，结果显示该系数需要取2.0，甚至更大。本文认为，造成提高系数远比规范值大的因素主要有两个，一是实际地震使结构柱端的内力大于其内力组合设计值，另一个则是楼板刚度的影响使得梁的有效刚度变大。本文在前人的研究基础上提出格构化体系柱的概念，即在小跨度柱间加支撑，使得小跨度柱列形成整体受力体系，这种整体受力体系称为格构化体系柱。格构化体系柱的整体刚度相对于单个柱有大幅提高，有利于实现“强柱弱梁”。本文主要研究格构化体系柱的破坏特征、承载力以及抗震性能，为进一步研究格构化体系柱用于钢筋混凝土框架结构中能否实现“强柱弱梁”打下基础。进行了1个无支撑带楼板三维框架、1个交叉钢支撑带楼板三维框架和1个人字形钢支撑带楼板三维框架的低周反复水平加载试验。研究了上述结构的抗侧刚度、结构的承载力、结构的耗能能力以及结构破坏特征等几个指标，并采用有限元软件对其进行了模拟分析。研究表明，无支撑钢筋混凝土框架结构没有实现“强柱弱梁”，柱的钢筋比梁的钢筋先屈服，同时柱比梁先破坏；两个带钢支撑的格构化体系柱中，支撑最先屈服和破坏，随后梁钢筋屈服，梁与支撑交点处的混凝土剥落较多且裂缝较宽，柱钢筋至试验结束时仍未屈服；在一定程度上实现了“强柱弱梁”。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 框架结构“强柱弱梁”的研究现状
• 1.2.1 国内的研究现状
• 1.2.2 国外的研究现状
• 1.3 支撑的研究现状
• 1.3.1 中心支撑的发展现状
• 1.3.2 其它类型支撑的研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 带钢支撑的格构化体系柱的试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试件的设计与制作
• 2.2.1 试件设计
• 2.2.2 应变片的位置
• 2.2.3 试件的制作
• 2.3 试验装置及加载制度
• 2.3.1 试验装置
• 2.3.2 加载制度
• 2.4 试验过程及结果
• 2.5 小结
• 第3章 试验结果的研究分析
• 3.1 变形性能和耗能能力
• 3.1.1 滞回曲线和骨架曲线分析
• 3.1.2 侧向刚度和刚度退化
• 3.1.3 延性系数
• 3.1.4 耗能能力
• 3.1.5 强度退化
• 3.2 各构件进入屈服阶段及破坏阶段的顺序
• 3.2.1 屈服顺序
• 3.2.2 破坏顺序
• 3.3 耗能机制
• 3.4 小结
• 第4章 带钢支撑的钢筋混凝土格构化体系柱的 pushover 分析
• 4.1 引言
• 4.2 分析模型
• 4.3 根据实际试验条件分析
• 4.3.1 骨架曲线
• 4.3.2 塑性铰的发展规律
• 4.3.3 三个计算模型之间的对比
• 4.4 单榀框架的计算分析
• 4.5 小结
• 总结及建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文