基于梁柱刚度比、柱梁强度比对框架结构破坏模式的影响研究

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1、基于梁柱刚度比、柱梁强度比对框架结构破坏模式的影响研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：杨锴指导教师：夏洪流副教授专业：土木工程学科门类：工学重庆大学土木工程学院二O一五年五月StudyonEffectsofFailureModesofRCFrameStructuresfromBeam-column’sflexuralStiffnessRatioandColumn-beam’sFlexutalStrengthRatioAThesisSubmittedtoChongqingUniversit

2、yinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByYangKaiSupervisedbyAss.Prof.XiaHongliuSpecialty:CivilEngineeringCollegeofCivilEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay,2015中文摘要摘要传统设计方法主要通过“强柱弱梁”系数的调整来保证框架结构在遭遇强震作用时能够形

3、成合理的破坏模式，但却忽略了梁、柱之间的刚度、强度关系合理的匹配对结构抗震性能和破坏模式的影响。本文以框架结构为研究对象，主要工作如下：①根据塑性铰的特性和传统框架结构的破坏模式评价内容，利用经修正的Park-Ang双参数损伤模型，通过合理的加权组合方法，确定了从构件到结构的损伤评价量化指标，提出了较全面的框架结构破坏模式评价内容。②采用较精细的非线性分析方法，对比了带楼板空间框架与无楼板空间框架的抗震性能和破坏模式的差异，得到了本文等效模型的楼板有效翼缘宽度取值，并验证了等效算例的有效性。③设计

4、了18个考虑楼板等效作用的平面框架算例（6种刚度比、3种强度比），考察梁、柱线刚度比和柱、梁抗弯强度比对框架结构抗震性能和破坏模式的影响，探究梁、柱构件刚度和强度的合理匹配关系。通过上述工作，本文得出以下主要结论：①带楼板框架结构的承载力和侧向刚度明显高于无楼板的框架结构，但是随着水平侧移的增大，带板结构形成的柱铰数量增多且损伤严重，底层在极限状态形成了层侧移机构，削弱了其变形能力和耗能能力，结构在软化段强度退化较快。无楼板框架的破坏模式属于较合理的“梁柱混合铰机制”，梁、柱的总体损伤程度相当，楼

5、层间的损伤分布较均匀，边柱出铰较晚，各楼层始终未形成层侧移机构，强震下结构的延性变形能力和耗能能力能够得到充分发挥。说明当前框架结构采用梁、板分离设计的设计方法是实际震害中框架结构难以实现预期破坏模式的重要原因之一。②以8倍板厚作为单侧有效翼缘宽度近似考虑楼板作用的等效模型，从抗震受力特性和破坏模式等方面与带楼板框架的分析结果吻合较好。说明采用等效翼缘宽度近似考虑实际结构中楼板作用的思路是可行的；另一方面，现行抗震规范中取6倍板厚作为单侧有效翼缘宽度的做法可能低估了强震作用下板参与结构共同作用的程

6、度。③梁、柱抗弯线刚度比和柱、梁抗弯强度比对框架结构的抗震性能的相同作用是：提高刚度比或强度比对结构承载力均具有明显的增强效应。刚度比的提高对结构的侧向刚度、耗能能力增强效果明显，对结构的变形能力有所削弱；提高强度比，结构的延性变形能力有所提高，但不如减小刚度比的效果显著，结构的I重庆大学硕士学位论文侧向刚度、耗能能力增强效果不显著。④调整梁、柱抗弯线刚度比和柱、梁抗弯强度比对强震作用下框架结构的破坏模式均有控制作用：对于线刚度比大于1的框架结构，刚度比越小，梁柱损伤比越大，结构、局部楼层的损伤明

7、显减轻，梁铰数量增多，柱铰数目减少且变形较小，破坏模式更合理；刚度比小于1的框架结构，虽然梁柱损伤比较大，但是顶层的柱铰数目较多、损伤程度较高，有形成层侧移机构的风险；提高强度比，减少了柱铰数目，明显减轻了柱铰变形，改善了结构整体和局部楼层的损伤程度，降低了梁柱损伤比，对框架结构破坏模式起到较好的控制作用。⑤根据有限算例的结果，建议：框架结构设计时，应至少计入单侧8倍板厚宽度楼板的刚度及强度贡献，应将柱、梁实际抗弯强度比控制在1.1以上，宜将梁、柱线刚度比控制1~4的合理范围内；当梁、柱线刚度比小

8、于1或大于4时，需将柱、梁实际抗弯强度比提高到1.3以上，才能保证强震作用下框架结构能够实现较为合理的“梁柱混合铰”破坏模式。关键词：框架结构，梁柱刚度比，强柱弱梁，损伤模型，破坏模式II英文摘要ABSTRACTTraditionally,throughtheadjustmentof"strongcolumnweakbeam"coefficient,RCframestructureswereensuredtoformthereasonablefailuremodeinthequak