樓板和填充墻對RC框架結構抗震性能的影響.pdf

1、汶川地震的震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)許多RC框架結構在地震作用下發(fā)生破壞時，并未實現(xiàn)設計預期的“強柱弱梁”失效模式。因此，對其抗震性能進行深入研究顯得尤為重要。通常RC框架結構的抗震設計，通過柱端彎矩放大系數(shù)調(diào)整柱端彎矩設計值，使其大于梁端彎矩設計值，人為提高柱端抗彎承載力，使其在地震作用下梁端先于柱端屈服。柱端彎矩放大系數(shù)考慮了樓板對梁端負彎矩承載力的增強作用，但考慮不夠全面和準確是造成“強梁弱柱”主要原因之一。另一方面，RC框架結構中填充墻和周邊

2、框架作為一個整體共同承受水平荷載的思想已被普遍接受，但目前抗震設計中一般不考慮二者協(xié)同工作，忽略了填充墻對結構抗震性能的影響，這種做法并不總是安全的。針對上述問題，本文通過機理研究和數(shù)值分析兩個方面探討了樓板對梁端負彎矩承載力和結構抗震性能的影響。同時，從填充墻對結構動力特性、多遇和罕遇地震下對結構抗震性能影響三個方面，就其對RC框架結構的影響進行了探討。主要的研究內(nèi)容如下:
　　(1)從梁柱節(jié)點角度分析了樓板對梁端負彎矩承載力增

3、強作用的機理;從結構角度分析了側向荷載作用下樓板對框架結構屈服機制影響的機理，闡明了樓板對梁端負彎矩承載力的增強作用。以有限元軟件ABAQUS為平臺，對低周反復荷載作用下框架節(jié)點的性能進行了數(shù)值模擬，分析了受拉區(qū)有效翼緣寬度值;建立了帶樓板和無樓板的RC框架結構空間有限元模型，通過罕遇地震下彈塑性動力時程分析從結構角度探討了該寬度取值。
　　(2)通過對布置填充墻與否的兩RC框架結構基本自振周期實測值和由多國規(guī)范中經(jīng)驗公式得到的計

4、算值相比較，發(fā)現(xiàn)該值的確定應考慮填充墻布置。為了深入探討填充墻布置的影響，建立了用殼單元（墻角與框架節(jié)點鉸接）模擬填充墻的RC框架結構有限元模型，通過比較自振周期實測值和有限元動力特性分析值，驗證了模型的正確性。在此基礎上，針對填充墻不同布置形式，進行結構動力特性分析，發(fā)現(xiàn)RC框架結構基本自振周期計算的一些結論:經(jīng)驗公式取結構總高度的函數(shù)，系數(shù)應考慮首層填充墻的布置;我國規(guī)范中簡化的瑞利公式較合理，但折減系數(shù)還需進一步討論。
　　

5、(3)根據(jù)水平荷載作用下填充墻和周邊框架相互作用受力階段，填充墻不超過“墻縫連貫”，可滿足框架主體“小震不壞”的要求，通過基底剪力對比發(fā)現(xiàn)該階段填充墻采用等效斜撐壓桿模型模擬是合理的，并給出了斜撐寬度值。采用該模型對填充墻不同布置（純框架、填充墻滿布、填充墻豎向不均勻和水平不均勻布置）形式的結構進行了彈性動力時程分析，將水平地震力、層間位移、柱軸壓力、角柱應變等參數(shù)進行對比發(fā)現(xiàn):從框架承受水平地震力角度，采用純框架模型是安全的，從層位移

6、、柱軸壓、角柱應變角度是不安全的。最后為RC框架結構抗震設計提出了合理的建議。
　　(4)為了研究樓板和填充墻對RC框架結構屈服機制的影響，選取抗震設防烈度7度，柱端彎矩放大系數(shù)1.1的兩個RC框架結構（較輕和中等震害）為研究對象，對每個結構建立了無樓板、帶樓板、帶樓板和填充墻共三個有限元模型，進行了彈塑性動力時程分析。罕遇地震下，填充墻墻面裂縫連續(xù)貫通等效斜撐模型不再適用，需要采用殼單元（墻角與框架節(jié)點間鉸接）來模擬。通過對數(shù)值