钢筋混凝土框架强柱弱梁屈服机制问题的分析

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1、第28卷第3期土木工程与管理学报V01．28No．32011年9月JournalofCivilEngineeringandManagementSep．2011钢筋混凝土框架强柱弱梁屈服机制问题的分析敬登虎(东南大学土木工程学院，江苏南京210096)摘要：多次地震灾害表明，采用现浇楼板的钢筋混凝土框架很难实现原抗震设计所期望的“强柱弱梁”延性屈服机制，绝大多数的裂缝损伤或塑性铰发生在框架柱的端部而非梁端。基于国内外研究现状与设计规范中的规定，针对钢筋混凝土梁柱节点中的楼板贡献、柱端抗弯承载力之和与梁端抗弯承载力之和的比值选取、水平地震作用方向的影响、所用材料性能强化以及框

2、架柱所承受轴向力的动态变化影响进行分析，进一步了解“强柱弱梁”屈服机制未能实现的多方面因素。鉴于目前此类问题常用抗震加固方法的不足，介绍一种有效可行的框架梁端部负弯矩承载力弱化的抗震加固措施，可以使得既有带现浇楼板的钢筋混凝土框架易于出现梁端塑性铰，提高钢筋混凝土框架整体的延性能力。关键词：钢筋混凝土框架；强柱弱梁；塑性铰；楼板；延性破坏中图分类号：TU528．571文献标识码：A文章编号：2095-0985(2011)03-0254-05钢筋混凝土(RC)框架结构在地震作用下，随即总体屈服机制，或称之为“强柱弱梁”的破坏形着结构刚度的不同，在强烈地震作用下的最大响态；不

3、希望出现楼层屈服机制，即“强梁弱柱”的应加速度可能是地面最大加速度的好几倍；如果破坏形态J。因此，在进行抗震设计时，通过人把结构设计成完全弹性的状态来抗震，那将是非为地放大柱端弯矩，使得梁柱节点的弯矩比系数常不经济的¨。为此，新西兰Canterbury大学的(节点位置柱端抗弯承载力之和与梁端抗弯承载Park和Paulay教授于上世纪70年代开展了基于力之和的比值)大于某个超过1的常数。然而，承载能力的结构抗震设计方法¨。这种方法要汶川5．12地震震害调查结果表明，在地震地面运求对主要的抗侧力体系选择合理的耗能机制，并动强烈地区，多层RC框架结构中的柱子破坏严由此确定一定数

4、量的耗能构件，通过这些构件在重。在严重损伤或局部倒塌地带现浇楼板建强震下的屈服来消耗作用在结构上的地震能量，筑中，损伤主要发生在柱上下端，特别是柱顶(表从而使得结构体系的其余部分处在弹性或准弹性现形式是柱顶周围有水平裂缝或交叉斜裂缝，严阶段(具备较高的安全储备)。通常所选择的耗重者会发生混凝土压溃、箍筋拉断或崩开，纵筋压能构件是相对次要的结构构件或者是专门设计的曲呈灯笼状；或梁柱节点角部?昆凝土脱落、纵筋压耗能装置(如阻尼器)。同时，在设计时通过严格曲，见图1)，几乎没有看到通常抗震设计所预期的计算与构造措施来提高这些耗能构件的延性能的“强柱弱梁”屈服机制。值得注意的是，

5、在汶川力。这种设计思想能够使设计者清楚地把握结构5．12地震中，对于没有楼板或采用预制楼板的在弹塑性阶段的抗震能力，目前已经在新西兰、美RC框架，塑性铰或裂缝损伤理想地出现在梁端部国、欧洲等相关的抗震规范中得到了体现。(见图2)。另外，根据其他的一些地震，如1994年美国Northridge地震J、1999年中国台湾地震1问题的提出¨都可以得到类似的结论。上述现象至少可以说明，在地震灾害中柱端针对RC框架结构而言，最理想的延性设计受损的RC框架，其梁柱节点的实际弯矩比系数是希望主要塑性铰最先全部出现在框架梁端部来可能小于1或者不是足够大，也就是说梁端抗弯消耗地震能量，然后

6、才是框架柱端部出现塑性铰，承载力相对柱端较强。收稿日期：2011-05-03作者简介：敬登虎(1978一)，男，安徽和县人，副教授，博士，研究方向为Rc结构抗震性能与加固、钢板一砖砌体组合结构(Email：jing·dh@seu．edu．cn1基金项目：国家自然科学基金(51008070)第3期敬登虎：钢筋混凝土框架强柱弱梁屈服机制问题的分析255·筋参与贡献的计算原则。例如，在美国的ACI一318规范和新西兰的NZS-3101规范里，整个有效受拉翼缘宽度(考虑该范围钢筋)取值为下面三个值的最小值：(1)梁跨度的1／4；(2)16倍板厚加上梁的宽度；(3)梁的宽度加上两侧

7、各自相邻梁的净间距一半；其中绝大部分钢筋是布置在梁跨度的1／10翼缘宽度内。欧洲规范的考虑方法比上述更为详细，根据节点的类型(边节点或中节点)，以及是否存在正交的框架梁分别考虑不同的有效受拉翼缘宽度板内的配筋。值得注意的是，在我国现行的《混凝土结构加固设计规范》(50367．2006)中，对于梁端部负弯矩承载力不足进行粘贴钢板或粘贴碳纤维布加固时，是允许将钢板或碳纤维布置在梁端部受拉翼缘的4倍板厚范围内，即认为受拉翼缘板内的受拉钢板或碳纤2维布是参与梁端抗弯承载力贡献的。表1现浇楼板对RC梁柱节点弯矩比系数的影响为了使得既有现