考虑楼板作用的钢筋混凝土框架结构抗震性能的试验研究与理论分析

论文摘要

框架结构具有建筑平面布置灵活的特点,可以取得较大的使用空间,是目前我国房屋建筑中被广泛采用的抗侧力结构形式之一。已有的研究表明,现浇板对框架结构的承载力、刚度及其变形性能都有着很大的影响,而且忽略现浇板对框架结构的影响是不安全的。5·12汶川大地震中,钢筋混凝土框架结构大量出现的是“柱铰”机制而不是“梁铰”机制,不仅对人员安全造成威胁,同时也造成巨大的财产损失。地震中,现浇楼板对框架结构的影响已经引起人们的足够重视。我国《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）给出了位于跨中部位受压区的翼缘计算宽度bf′的取值情况,但是对位于梁端受拉区的翼缘计算宽度bf′的取值情况没有给出。已有的国内外试验研究或理论分析虽然给出了梁端截面有效翼缘宽度bf′的取值建议公式,但是各建议取值差异较大。因此,研究梁端受拉区有效翼缘宽度对更好的完成框架结构的抗震设计及改进结构设计的构造措施提供重要的理论及实践意义。为了研究楼板对框架结构抗震性能的影响,本文针对一榀现浇钢筋混凝土裸框架模型,两榀带现浇板的钢筋混凝土框架模型进行了低周反复荷载作用下的对比试验。对带现浇板钢筋混凝土框架结构的承载力与变形能力、延性等抗震性能指标及其变形和破坏机制进行了研究。试验结果表明,现浇楼板对框架结构承载力和延性有一定的影响,适当考虑现浇板内与框架梁平行的上部钢筋对框架梁支座截面的影响,减少框架梁支座截面的纵向受拉钢筋可改善框架结构的延性性能,更好地实现“强柱弱梁”的抗震设计原则。运用大型有限元分析软件ABAQUS中的实体单元C3D8R、杆单元T3D2建立了带现浇板现浇钢筋混凝土框架结构的有限元模型,通过非线性分析得到的荷载-位移曲线与试验结果对比,验证了有限元模型的可行性。接着利用验证的有限元方法分析现浇板厚、现浇板宽、纵梁高、纵梁跨距、梁端上部钢筋配筋变化对梁端截面有效翼缘宽度的影响,提出梁端截面有效翼缘宽度的取值。在试验研究和理论分析的基础上,提出了考虑梁端截面有效翼缘宽度后梁端上部钢筋的配筋建议,为改进现行结构抗震设计方法提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 带现浇板框架结构的研究现状
• 1.2.1 现浇板参与作用后对框架梁抗弯承载力与刚度的影响
• 1.2.2 现浇板参与作用后混凝土框架梁端截面有效翼缘宽度的取值
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.3.1 试验研究
• 1.3.2 理论分析
• 1.3.3 设计建议
• 第二章 考虑楼板作用的钢筋混凝土框架结构抗震性能的试验研究
• 2.1 试件的设计与制作
• 2.1.1 参数设计
• 2.1.2 框架梁端上部钢筋及板宽的确定
• 2.1.3 试件的制作
• 2.2 试验测试内容及仪器选用
• 2.2.1 荷载位移曲线
• 2.2.2 钢筋、混凝土测点的应变位置
• 2.2.3 裂缝观测
• 2.3 材料的力学性能指标
• 2.3.1 混凝土
• 2.3.2 钢筋
• 2.4 试验装置及加载方案
• 2.4.1 加载装置及主要试验设备
• 2.4.2 加载制度
• 2.5 试验结果
• 2.5.1 试验现象
• 2.5.2 滞回曲线
• 2.5.3 骨架曲线
• 2.5.4 开裂荷载、屈服荷载、峰值荷载和极限荷载
• 2.5.5 延性
• 2.5.6 强度衰减
• 2.5.7 刚度退化
• 2.5.8 耗能性能
• 2.5.9 板内钢筋对梁端上部钢筋配筋变化的受力影响
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于ABAQUS 考虑楼板作用的钢筋混凝土框架结构有限元分析
• 3.1 ABAQUS 简介
• 3.2 非线性问题
• 3.3 混凝土塑性损伤模型
• 3.4 建模过程
• 3.4.1 基本假定
• 3.4.2 模型材料的本构关系
• 3.4.3 单元类型的选取
• 3.4.4 模型的建立步骤
• 3.5 带现浇板钢筋混凝土框架结构的有限元非线性分析
• 3.6 带现浇板钢筋混凝土框架结构静力性能的有限元分析
• 3.6.1 影响带现浇板钢筋混凝土框架结构性能的因素
• 3.6.2 梁端截面的有效翼缘宽度
• 3.7 本章小结
• 第四章 结论与展望
• 4.1 本文主要结论
• 4.2 设计建议
• 4.3 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 攻读硕士期间主要参与的课题
• 攻读硕士期间发表的论文