钢筋混凝土框架底层梁柱节点双向抗震性能研究

发布时间：2019-07-17 18:44

【摘要】：随着人们对建筑结构地震反应理解的深入和对其抗震性能要求的提高，结构抗震设计经历了多个阶段的发展。其中，能力设计法是一种被广泛接受的设计理念，其核心在于实现具有一定延性的预期损伤模式。对于框架结构的梁柱节点，它表现为“强柱弱梁”、“强节点弱构件”等设计要求。这些在我国抗震规范中均有体现。但是从汶川地震和芦山地震中钢筋混凝土框架结构的震害现象来看，对于以常规方法设计的非一级框架，“强柱弱梁”的设计不一定能够实现，在底层出现层屈服机制甚至层倒塌的现象比较普遍。为深入研究钢筋混凝土框架的抗地震倒塌能力，本文从7度区既有框架结构入手，设计一栋典型的三级框架结构，从中选取包含底层柱脚在内的双向梁柱节点，通过水平往复加载试验，考察双向加载作用和现浇楼板对其承载力、延性和破坏模式等方面抗震性能的影响，并通过有限元分析对框架梁柱节点的破坏机理进行研究。论文主要完成了以下工作：（1）设计了6个包含底层柱脚的双向梁柱节点试验体，，其中包含3个中柱节点和3个边柱节点，采用柱端主动加载方式进行双向水平往复加载试验。试验结果表明，无论是否考虑现浇楼板的作用，按汶川地震前的2001版抗震规范设计的三级框架节点试验体在双向往复荷载作用下均未出现预期的“强柱弱梁”的破坏模式。相反，三个中柱节点试验体均在底层柱脚发生破坏，三个边柱节点试验体均在底层柱顶与节点区附近发生破坏。特别是对于边柱节点，由于节点区在一侧缺少梁的约束而过早发生节点区破坏。其承载力明显低于中柱节点。在这种破坏模式下，楼板提高梁承载力的作用对整体试验体影响不大，但楼板为边柱节点区提供的约束作用有助于在一定程度上提高其非线性变形能力。（2）在试验研究的基础上，基于软化拉压杆模型建立节点区的简化分析模型，以梁单元模拟梁、柱构件，以壳单元模拟楼板，在通用有限元软件ABAQUS中对包含底层柱脚在内的梁柱节点模型进行数值分析。分析包括两部分内容：（a）对试验结果的拟合和模型验证，（b）基于验证的数值模型进行参数分析。在第一部分中，数值模型很好的再现了试验过程，中柱试验体破坏时主要集中于柱脚，而边柱试验体在节点区产生过大的变形，超过了其极限剪切变形。在第二部分中，通过变化强柱弱梁系数并考虑有无楼板的情况，得出在梁柱节点中实现“强柱弱梁”屈服机制所需的最小强柱弱梁系数。
【学位授予单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU375.4;TU352.11

【参考文献】