基于材料应变的钢筋混凝土框架梁变形性能指标研究

论文摘要

基于性能的抗震设计方法不仅可以提出承载力要求,还可根据业主需求设定预期的结构和构件变形限值,从而控制结构在地震作用下所造成的损失大小,是各国制定抗震规范的方向。实际震害表明,有部分钢筋混凝土框架结构在地震中的破坏是因为框架梁的破坏,即在框架梁端产生了塑性铰引起,因此钢筋混凝土框架梁作为钢筋混凝土结构中重要的抗震耗能构件之一,在确保生命安全和减小经济损失的前提下,将其设计成具有良好抗震性能的构件十分重要。因此本文对影响RC框架梁抗震性能的各因素进行了系统的分析,并基于收集到的试验数据提出以剪跨比、弯剪比两个参数来划分RC框架梁的破坏形态,给出相应的划分标准;采用ABAQUS有限元软件模拟了17根RC框架梁实验试件,验证了有限元模型和参数的可靠性和可行性,并在此基础上设计了224根RC框架梁进行有限元分析,通过整理分析结果提出对应现行抗震规范规定的五个性能目标（完好、轻微损坏、轻中等破坏、中等破坏以及不严重破坏）的RC框架梁构件的塑性铰区的塑性变形限值。本文的主要内容如下:1.总结了目前国内外学者所做的框架梁抗震性能试验研究,基于试验结果系统地分析了剪跨比、混凝土强度、配筋等因素对框架梁承载力、变形能力和破坏形态等的影响。2.对框架梁的破坏形态划分方法进行探讨,将收集到的80根框架梁试验数据进行整理分析,提出以剪跨比、弯剪比为参数来划分RC框架梁的破坏形态,提出相应的划分标准。3.对收集到的17根框架梁试件采用ABAQUS进行模拟,将模拟得出的荷载-位移曲线和破坏形态与试验结果进行对比,发现计算结果与试验结果吻合程度较高,表明在选取适当的材料本构及有限元参数的情况下,利用ABAQUS软件对RC框架梁进行模拟所得出的结果是可信的。4.在验证了有限元方法准确性和可靠性的基础上,通过变化剪跨比、配箍率、纵筋配筋率和（?）四个参数,设计了224根RC梁试件,混凝土本构采用混凝土损伤塑性模型,钢筋本构采用理想弹塑性模型,利用ABAQUS进行计算,分析了上述四个参数对RC梁塑性变形能力影响,提出了不同参数下RC梁构件的塑性变形限值,为RC梁基于性能的抗震设计提供相关参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 结构抗震设计理论的发展
• 1.2.1 静力理论设计方法
• 1.2.2 反应谱理论设计方法
• 1.2.3 动力理论设计方法
• 1.2.4 基于性能的抗震设计方法
• 1.3 钢筋混凝土框架梁抗震性能试验研究
• 1.3.1 国内钢筋混凝土梁抗震性能试验及性能指标限值研究
• 1.3.1.1 吕西林等的研究
• 1.3.1.2 蒋欢军等的研究
• 1.3.1.4 钱稼茹等的研究
• 1.3.2 国外钢筋混凝土梁抗震性能指标限值研究
• 1.4 课题的研究背景及研究意义
• 1.5 本文的主要内容
• 第二章 框架梁抗震性能影响因素分析及破坏形态分类
• 2.1 RESPONSE-2000 构件延性分析
• 2.2 影响因素分析
• 2.2.1 剪跨比影响
• 2.2.2 混凝土强度影响
• 2.2.3 纵筋和箍筋影响
• 2.2.4 截面尺寸的影响
• 2.2.5 下部与上部配筋之比（μx / μs ）的影响
• 2.2.6 加载方式影响
• 2.3 RC 梁破坏形态划分标准
• 2.3.1 以剪跨比大小为标准来划分RC 梁的破坏形态
• 2.3.2 本文的划分标准
• 2.4 本章小结
• 第三章 框架梁试件的有限元模拟
• 3.1 ABAQUS 概述
• 3.2 梁试验模拟
• 3.3 钢筋混凝土有限元模型
• 3.4 材料本构选取
• 3.4.1 混凝土本构
• 3.4.2 钢筋本构
• 3.5 有限元参数选取
• 3.5.1 网格划分
• 3.5.2 单元选取
• 3.5.3 不同类型单元间接触处理
• 3.5.4 边界条件
• 3.5.5 加载方式
• 3.6 有限元计算结果与试验结果对比分析
• 3.6.1 荷载-位移曲线对比
• 3.6.2 破坏形态对比
• 3.6.3 有限元分析与试验结果对比小结
• 3.7 本章小结
• 第四章 RC 框架梁构件性能指标限值确定
• 4.1 RC 梁试件设计及有限元参数选取
• 4.1.1 试件设计
• 4.1.2 有限元参数选取及模型概况
• 4.2 RC 框架梁性能状态控制准则
• 4.2.1 弯曲破坏RC 框架梁构件性能状态的确定
• 4.2.2 剪切破坏RC 框架梁构件性能状态的确定
• 4.3 RC 框架梁构件变形性能指标的选取及塑性变形值的计算
• 4.3.1 RC 框架梁构件变形性能指标的选取
• 4.3.2 塑性变形值的计算
• 4.4 参数分析
• 4.4.1 剪跨比
• 4.4.2 纵筋配筋率
• 4.4.3 箍筋配筋率
• 4.4.4 K 值
• 4.5 RC 梁构件塑性变形限值确定
• 4.5.1 剪应力水平较大时限值取定
• 4.5.2 梁构件塑性变形限值
• 4.6 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 附表：试件参数表
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件