抗震框架柱端彎矩增大系數(shù)的構成因素識別及量化分析.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、鋼筋混凝土柱端彎矩增大系數(shù)c是減緩柱端在強地面運動下形成屈服區(qū),改善結構性能的重要抗震措施。目前雖已見有對中國規(guī)范?c取值有效性的分析評價結果,但對影響其取值的主要因素與影響程度則未見有關研究成果發(fā)表。探究?c需要考慮的因素及其影響程度具有從本質上找出其形成規(guī)律的重要意義。本文嘗試回答這一問題,從而進一步評價抗震規(guī)范各抗震等級現(xiàn)有?c取值的有效性。
  本論文主要完成了以下研究工作:
 ?、倏偨Y各國規(guī)范“強柱弱梁”表達思路的

2、異同,結合理論和現(xiàn)有分析結果提出了從構成因素上量化識別柱端彎矩增大系數(shù)?c的思路方法。
 ?、趪栏癜凑宅F(xiàn)行規(guī)范設計了分別位于中國7度(0.10g)、7度(0.15g)、8度(0.20g)、8度(0.30g)和9度(0.40g)設防烈度分區(qū)的五個典型空間框架結構,并分析統(tǒng)計5個算例框架構件尺寸和截面配筋控制條件;在完成各算例框架的彈塑性建模后依次輸入7條罕遇水準地面運動記錄,完成非彈性動力反應分析。
 ?、壑饕牧炕ぷ靼ǎ?/p>

3、分析統(tǒng)計各算例框架中節(jié)點、邊節(jié)點的有效梁端抗彎能力超強系數(shù)范圍;用“細化分析”方法逐時點地識別各算例框架柱端彎矩比例變化值,即罕遇地震非彈性彎矩比例相對于多遇地震彈性彎矩比例的變化;
 ?、芴接戇呏S力變化對柱出鉸影響程度,并嘗試對形成該影響程度的原因作出解釋。
  基于以上研究工作,得出主要結論如下:
  ①柱端彎矩增大系數(shù)要能達到減緩柱端在罕遇地震作用下進入屈服的目的,其取值必須在挖掘設計可靠性基礎上包括兩類增大幅

4、度,一類是罕遇地震作用形成的總體作用彎矩增幅,可等效為構件的抗彎能力超強;另一類是因節(jié)點柱彎矩比例變化導致某一柱端作用彎矩的進一步增幅。
 ?、诟魉憷蚣芙Y構的罕遇水準層間位移角均不超過規(guī)范限值2%,且大部分不超過1.5%,表明我國框架結構抗震控制總體上是有效的。從梁、柱出鉸的角度來看,9度區(qū)框架基本實現(xiàn)了“強柱弱梁”目的;7度區(qū)框架柱普遍受最小配筋率控制,增大了柱的抗震抗彎能力,柱出鉸率也在可接受范圍內(nèi)(35%以內(nèi));值得引起注

5、意的是,8度區(qū)框架柱出鉸率偏大且算例KJ3在某些地震波下形成了層側移機構,足以說明這一設防分區(qū)框架結構柱端彎矩增大系數(shù)取值有待提升。
  ③通過邊柱比中柱的屈服率較明顯偏小或者塑性發(fā)育程度明顯偏小,以及軸力差異很大兩根邊柱在時程反應中的屈服時刻比較一致的現(xiàn)象,證明邊柱軸力大幅度變化沒有導致柱端形成過多塑性鉸。并從三方面解釋了這一現(xiàn)象的根本原因。進一步確認本論文分析?c構成時可不考慮軸力變化。
  ④梁在鉸低烈度區(qū)框架結構的較

6、高樓層的“超強”過于嚴重,這是與罕遇地震分析中低烈度區(qū)較高樓層不出鉸的原因。本文認為對這種情況可不追求“強柱弱梁”?;蛘哒f,本文認為柱端彎矩增大系數(shù)?c不能脫離罕遇水準地震,?c的作用應該是盡可能保證柱不在此水準出鉸,而不是一定嚴格地讓每個節(jié)點處柱端抗彎能力之和大于梁端抗彎能力之和。另外,對于梁端抗彎能力超強不嚴重的節(jié)點,讓柱端抗彎能力之和大于梁端抗彎能力之和1.2倍的做法,也可能因沒有充分考慮柱端彎矩比例變化這一重要因素,從而不能避免

7、柱端在罕遇地震作用下出鉸。故此,對規(guī)范9度一級框架和一級框架結構規(guī)定的“實配法”持保留態(tài)度。
 ?、荼疚姆治鋈源嬖谒憷蚣芙Y構數(shù)量有限,未考慮結構周期等特性對罕遇地震下柱端彎矩比例與多遇地震下柱端彎矩比例變化取值的影響,以及對算例框架各柱端取同一的數(shù)值作為該烈度區(qū)框架的彎矩比例變化代表值等局限性。如有更多研究單位的分析結果積累,將會為判斷這一變化的合理取值提供更全面參考。
  ⑥在目前使用的中國設計規(guī)范中,傳統(tǒng)觀念認為各項抗

8、震措施的具體指標應按三級、二級、一級抗震等級的順序逐級提高;但本文及有關文獻的近期研究發(fā)現(xiàn),在柱端彎矩增大系數(shù)?c的合理取值問題上,若想不同抗震等級(或更準確說不同設防烈度分區(qū))的框架達到類似的柱屈服區(qū)發(fā)生比例,上述傳統(tǒng)思路就有可能不再適用。經(jīng)本文從構成因素識別及量化分析得到的?c近似值從7度0.10g到9度0.40g區(qū)分別為2.0、1.7、1.7、1.8、1.7。本文得出比規(guī)范取值普遍偏大的?c建議值,是基于各烈度區(qū)框架具有良好的等抗

9、震性能的前提,其柱端出鉸率基本均可控制在15%左右。若工程上考慮可適度降低結構的性能標準,如柱出鉸率控制可適度放松,則得到的?c建議值也相應地減小。根據(jù)上述研究結果,本文對一級框架識別的?c與抗震規(guī)范規(guī)定取值接近,故可保持該取值不變;建議將二級抗震等級?c提到與一級抗震等級相同的1.7;三級框架主要靠柱抗震最小配筋率要求在截面設計承載力基礎上提高了配筋量,這給?c的合理取值判斷增大了難度。因為若只小幅度提高?c值,柱配筋若仍由最小配筋率

10、控制,則?c的這種提高將毫無作用。因此若想進一步降低柱屈服比例,?c可能應至少提至1.6。
  本論文主要創(chuàng)新點:
 ?、購臉嫵梢蛩厣咸岢鰧ξ覈藦澗卦龃笙禂?shù)?c量化的分析方法。
 ?、趯庇龅卣鹣轮藦澗胤峙浔壤M行了逐時點的識別,并統(tǒng)計了所有屈服時段內(nèi)其與彈性彎矩比例的比值,大致給出了各烈度區(qū)典型框架這個變量的取值。
 ?、圩R別出罕遇地震動力時程反應中柱反彎點不在柱段內(nèi)的情況,基本出現(xiàn)在頂部樓層,因為其對應

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