钢筋混凝土框架结构强柱弱梁设计的概率分析

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1、万方数据第39卷第5期上海交通大学学报v01．39No．52005年5月JOuRNALOFSHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITYMay2005文章编号：1006—2467(2005)05—0723一04钢筋混凝土框架结构强柱弱梁设计的概率分析马宏旺，陈晓宝(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200030)摘要：考虑结构材料强度、几何尺寸以及计算模式的随机性，同时考虑梁纵筋的超强影响，采用可靠度理论分析了钢筋混凝土结构单个节点强柱弱梁设计的可靠度，得出了不同设防等级下强柱弱梁设计的可靠指标以及对应的失效概率．在此基础上，以6层

2、框架为例，分析了不同柱端弯矩增大系数下结构的整体失效概率，采用投资一效益准则，提出了一种合理的确定柱端弯矩增大系数的方法．关键词：强柱弱梁；可靠度；投资一效益准则中图分类号：TU375文献标识码：AProbabilityAnalysisforStrongColumn—WeakBeamDesignofReinforcedConcreteFramesMAHong—wang，CHENXiao—bao(SchoolofNavalArchitecture，OceanandCivilEng．，ShanghaiJiaotongUniv．，Shanghai20

3、0030，China)Abstract：Theconcretestrength，steelstrength，memberdimensionsandflexuremodelwereconsideredasrandomvariables，thereliabilityof“strongcolumn—weakbeamdesign”foronejointofreinforcedconcreteframewasanalyzedunderaseriesofcolumn—to—beamstrengthratio，andthefailureprobability

4、ofrein～forcedconcreteframeswasalsoanalyzed．Basedonthoseresults，thecolumn—to—beamstrengthratiowasdetermined．Usingthe“cost—benefit”criteria。amethodfordeterminingcolumn-to—beamstrengthrationwaspresented．Keywords：strongcolumnweakbeam；reliability；cost—benefitcriterion强柱弱梁设计是结构抗震设

5、计中一个重要概念，目的是在设计时使柱端弯矩强于同一节点的梁端弯矩，这样在结构遭遇强烈地震作用时，梁端会先于柱端屈服，耗散地震能，从而减小柱发生破坏的可能性，降低结构发生整体倒塌的概率[1’2]．这个概念已被国内外学者广为接受，我国现行建筑抗震设计规范也采用了这一方法，并且针对不同抗震等级，采用了不同的柱端弯矩增大系数[3]．但是，由于不确定因素的存在以及梁端纵筋超强的影响，使得梁端弯曲强度大于柱端弯曲强度成为可能．而这个可能性是多少，是结构抗震设计关心的问题．本文针对这个问题，在不同柱端弯矩增大系数下，考虑材料强度、几何尺寸和计算模式的不确定性

6、，同时考虑梁端纵筋超强的影响，分析了单个节点强柱弱梁设计的可靠度．同时分析了提高强柱系数，对结构整体失效概率的影响，进而采用投资一效益准则[4’5]，考虑结构初期投资和未来损失，综合确定合理的强柱系数，使得结构在整个生命周期内费用达到最小．收稿日期：2004—04—05作者简介：马宏旺(1972一)，男，内蒙古乌盟人，副教授，主要从事混凝土结构抗震设计与安全鉴定研究．电话(Tel．)：021-62933745；E—mail：hwma@sjtu．edu．cn．万方数据上海交通大学报第39卷1单个节点强柱弱梁设计的可靠度在现行建筑抗震设计规范(GB

7、50011-2001)中，为了实现强柱弱梁设计，规定一、二、三级抗震设计框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0．15者及框支梁与框支柱的节点外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求口]：∑坛一7。∑％(1)式中：≥：坛为节点上下柱端截面顺时针或逆时针方向组合的弯矩设计值之和；≥：慨为节点左右梁端截面逆时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和；仇为柱端弯矩增大系数，一级取值1．4，二级取值1．2，三级取值1．1．结构构件的截面验算设计表达式‘33为S≤尝(2)，RE式中：S为构件组合内力设计值，可指1∑坛和≥：眠；R为结构承载力设计值；y。。为承

8、载力抗震调整系数，梁受弯取0．75，柱轴压比不小于0．15取0．80．本文式(2)取等号．按照现行抗震设计规范设计的框架结构，同一节点强柱弱梁设计的可