樓板和填充墻對RC框架結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生破壞時，并未實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)預(yù)期的“強(qiáng)柱弱梁”失效模式。因此，對其抗震性能進(jìn)行深入研究顯得尤為重要。通常RC框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，通過柱端彎矩放大系數(shù)調(diào)整柱端彎矩設(shè)計(jì)值，使其大于梁端彎矩設(shè)計(jì)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(fù)彎矩承載力的增強(qiáng)作用，但考慮不夠全面和準(zhǔn)確是造成“強(qiáng)梁弱柱”主要原因之一。另一方面，RC框架結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)中一般不考慮二者協(xié)同工作，忽略了填充墻對結(jié)構(gòu)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(jī)理研究和數(shù)值分析兩個方面探討了樓板對梁端負(fù)彎矩承載力和結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。同時，從填充墻對結(jié)構(gòu)動力特性、多遇和罕遇地震下對結(jié)構(gòu)抗震性能影響三個方面，就其對RC框架結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了探討。主要的研究內(nèi)容如下:
　　(1)從梁柱節(jié)點(diǎn)角度分析了樓板對梁端負(fù)彎矩承載力增

3、強(qiáng)作用的機(jī)理;從結(jié)構(gòu)角度分析了側(cè)向荷載作用下樓板對框架結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制影響的機(jī)理，闡明了樓板對梁端負(fù)彎矩承載力的增強(qiáng)作用。以有限元軟件ABAQUS為平臺，對低周反復(fù)荷載作用下框架節(jié)點(diǎn)的性能進(jìn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)基本自振周期實(shí)測值和由多國規(guī)范中經(jīng)驗(yàn)公式得到的計(jì)

4、算值相比較，發(fā)現(xiàn)該值的確定應(yīng)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(diǎn)鉸接）模擬填充墻的RC框架結(jié)構(gòu)有限元模型，通過比較自振周期實(shí)測值和有限元動力特性分析值，驗(yàn)證了模型的正確性。在此基礎(chǔ)上，針對填充墻不同布置形式，進(jìn)行結(jié)構(gòu)動力特性分析，發(fā)現(xiàn)RC框架結(jié)構(gòu)基本自振周期計(jì)算的一些結(jié)論:經(jīng)驗(yàn)公式取結(jié)構(gòu)總高度的函數(shù)，系數(shù)應(yīng)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(jìn)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(jié)構(gòu)進(jìn)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(yīng)變等參數(shù)進(jìn)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(yīng)變角度是不安全的。最后為RC框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提出了合理的建議。
　　(4)為了研究樓板和填充墻對RC框架結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制的影響，選取抗震設(shè)防烈度7度，柱端彎矩放大系數(shù)1.1的兩個RC框架結(jié)構(gòu)（較輕和中等震害）為研究對象，對每個結(jié)構(gòu)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(jìn)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(diǎn)間鉸接）來模擬。通過對數(shù)值