钢筋混凝土框架结构“强柱弱梁”破坏模式影响因素的研究

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1、钢筋混凝土框架结构“强柱弱梁”破坏模式影响因素的研究第1章绪论1.1课题背景及意义2014年8月3日，云南省鲁甸县发生6.5级地震，震源深度12km，余震共1335次。在此次地震中，共造成617人死亡，112失踪，3143人受伤，8万余间房屋倒塌，近13万间出现了严重的损坏。2013年4月20日，四川雅安芦山发生7.0级地震，震源深度13km。地震共造成196人死忙，失踪21人，11470人受伤。2010年4月14日，青海省玉树县发生两次地震，最高震级7.1级，此次地震共造成2698人死亡。20

2、08年5月12日，四川省汶川县发生8.0级地震，共造成69227人遇难，374643人受伤，17923人失踪，造成直接经济损失达到8452亿元人民币。鲁甸、芦山、玉树、汶川地震，以惨痛的代价暴露了建筑设计中的种种问题。5•12地震后，北京市建筑设计研究院先后三次派工作组赴震区进行震害调查和震后应急评估工作，在都江堰、绵阳、平武、宁乡、北川等地区调查后显示，以多层为主的钢筋混凝土框架结构建筑抗震并没有实现其抗震设计目标，并未实现延性破坏，见图1.1、图1.2。灾害区很少有框架结构出现梁铰

3、机制，很多钢筋混凝土现浇框架结构仍然出现了柱端破坏的震害，甚至有节点区破坏的情况，大量框架结构都形成了柱铰破坏。按照我国目前的抗震方法，小震下根据计算来保证构件的抗震能力，中震和大震下依靠结构体系和构件延性来保证结构整体和构件的抗震能力。而某些低冗余度的结构，其重要的承重构件破坏后，会立即引起结构倾覆或坍塌，实际震害的调查也证明了这一点。鲁甸地震后，林旭川、曲哲等人对灾区框架结构的破坏形式调查后发现，严格按照新规范设计的结构，仍然出现了很多柱铰形式的破坏，见图1.3。针对这一现象，除了建设过程中

4、的客观人为因素，在规范设计中也有着相当一部分内容需要进一步完善。因此，要充分实现RC框架结构的强柱弱梁破坏模式，需要进一步展开深入全面的研究。.1.2RC框架结构的屈服机制我国《建筑抗震设计规范》GB50011-2010[1]明确给出了三水准的设防目标，即小震不坏、中震可修、大震不倒。而针对大震不倒的设防目标，具体体现在框架结构设计中为强柱弱梁的思路。对于钢筋混凝土框架结构，其在大震下的屈服机制共分为三种[3]：梁铰机制、柱铰机制、混合机制。如图1.4所示：梁铰机制也就是强柱弱梁破坏机制，是指通

5、过抗震设计提高框架柱端的抗弯承载力，保证结构在地震时框架梁端先于柱端屈服，提高结构的延性能力，防止结构在大震作用下倒塌，是一种较为理想的破坏机制。框架结构中，楼板与梁现浇到一起，协同工作，在很大程度上提高了框架梁的抗弯刚度和抗弯承载力。在抗弯承载力方面主要表现为[5]：1在正弯矩区，楼板和框架梁共同组成T形梁，有效增加了框架梁的受压区宽度。2在负弯矩区，楼板内与梁肋平行的纵向钢筋与框架梁协同作用，会显著增强框架梁的抗负弯矩承载力。现阶段，我国规范主要从刚度角度出发，考虑现浇楼板对框架梁的作用。在

6、《混凝土结构设计规范》GB50011-2010[1]中给出了梁受压区的有效翼缘计算宽度的计算公式，将框架梁按T形或者倒L形来考虑，而在梁端负弯矩承载力方面，忽略楼板的作用，框架梁仍旧按照矩形截面进行设计。.第2章轴压比对RC框架结构强柱弱梁破坏机制的影响轴压比是RC框架结构实现强柱弱梁破坏机制的重要影响因素，《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）[1]对各个抗震等级的轴压比限值作了适当的修正，分别对应下调了0.05，但是相比国外规范，我国柱轴压比限值仍然偏高。2.1高轴压比的影响在框架

7、结构中，作为压弯型构件，轴压比是框架柱延性性能的重要考核指标[6]。工程设计时，高轴压比下的框架柱截面尺寸偏小，会导致以下一系列问题[5]：1柱截面尺寸偏小，不利于保证柱端受弯承载力。2柱截面尺寸偏小，会导致柱刚度偏小，因而会引起梁、柱刚度比偏大，影响梁、柱间的力矩分配，不利于实现强柱弱梁。..2.2各国规范规定《建筑抗震设计规范》（50011-2010）中6.3.6和《混凝土结构设计规范》（50010-2010）[21]中11.4.16都对轴压比规定了限值，框架结构在抗震等级为一~四级时，轴压

8、比限值分别为0.65、0.75、0.85和0.90。在计算柱的轴压比时，不考虑箍筋约束对混凝土抗压强度的提高作用，如公式（2-1）所示：大量研究表明[10~12]，高轴压比情况下框架结构强柱弱梁屈服机制不容易实现。王素裹等[10]针对抗震等级为三级,轴压比分别为0.9、0.6和0.3的三个钢筋混凝土框架结构进行侧向荷载的施加，采用位移控制，直到达到规定的侧向位移或结构失效为止。结果表明，低轴压比的结构比高轴压比的结构更容易出现梁端塑性铰。湖南大学阳波[11]针对抗震等级为三级,轴压比分别为0.8