基于ABAQUS大偏心梁柱节点损伤分析

为了研究大偏心梁柱节点损伤程度,结合某高层建筑框架剪力墙梁柱大偏心节点情况,研究梁柱偏心对节点核心区抗剪承载力的不利影响。通过节点精细化有限元模型,定量分析梁柱节点偏心所产生的附加扭矩、附加弯矩,以及由于梁柱偏心对节点核心区抗剪承载力的不利影响。分析结果表明,对于典型的强柱弱梁的节点体系(即柱子截面较大而梁截面较小的情况),在不采用梁端水平加腋的构造措施的条件下,偏心节点核心区的混凝土最大应力值仍小于节点核心区材料的抗压强度标准值。由于节点核心区周围楼板的存在可在一定程度上承担部分节点核心区由于偏心引起的附加扭矩作用,使柱节点核心区的抗剪会有较大的富余度。

结构空间约束对钢筋混凝土梁受弯性能的影响

为探究结构空间约束对框架结构屈服机制的影响,借助多尺度数值方法,建立了具有不同边界条件的钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)梁模型.定量分析了端部约束及添加现浇楼板对RC框架梁刚度和受弯承载力,即试件所能承受的最大弯矩的影响,揭示了端部约束及现浇楼板对RC梁弯曲机制的影响机理.此外,对各国规范计算的受弯承载力进行对比分析.结果表明,结构空间约束会影响RC框架梁的破坏形态.固支梁的刚度和受弯承载力显著高于简支梁,固支梁的受弯承载力和刚度最高可达简支梁的3.06倍和4.10倍.添加现浇楼板可显著提高梁的受弯承载力与刚度.各国规范可准确地计算简支梁的受弯承载力.然而,计算的固支梁及楼盖梁的受弯承载力极其保守,剪跨比为5.0的固支加板梁的受弯承载力模拟值分别是中国、美国和加拿大规范值的6.25倍、6.76倍和6.06倍.

国内外规范“强柱弱梁”屈服机制分析与对比

对广东省地方标准DBJ/T15—92—2021《高层建筑混凝土结构技术规程》、我国GB50011—2010《建筑抗震设计规范》以及美、欧、日规范关于混凝土框架结构“强柱弱梁”的设计规定进行介绍,从柱端弯矩增大系数、楼板作用等各规范关于“强柱弱梁”规定的差异进行比较,指出广东《高规》在内力调整措施上与其他规范不同,在抗震性能设计中通过构件重要性系数和承载力利用系数实现结构“强柱弱梁”屈服机制,更容易调整超强地震下引人的柱梁安全系数比指标,并给出框架梁端翼缘宽度范围内楼板钢筋的具体规定,减少梁配筋量。基于各规范设计规定,结合Pushover分析及动力弹塑性分析以6层RC框架结构作为对象进行计算分析,对梁柱钢筋用量、柱梁安全系数比、梁柱损伤及耗能情况等进行综合比较,分析RC框架结构各规范关于“强柱弱梁”规定的效果,该算例广东《高规》的柱配筋量、柱梁安全系数比较大,在实现“强柱弱梁”屈服机制方面效果较好。

《钢结构与钢-混凝土组合结构设计方法》的理解与应用——矩形钢管混凝土柱

截面高宽比h/b大于2.0的矩形钢管混凝土柱具有较好的外观优势,能避免室内出现凸柱现象,随着实际应用日渐增多,对其的研究也越发深入。根据《隐式钢管混凝土结构技术规程》(T/CECS 951—2021)和《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS 159:2004)两本规范给出的条文对构件的计算结果及构造要求进行了对比。计算对比包括截面塑性发展能力、单向压弯荷载作用下的截面强度及单向压弯荷载作用下的平面内稳定承载力等三个方面。计算结果将再与多组实际试验结果进行对比,根据两者计算偏差判断规范公式的合理性。构造方面主要对比截面尺寸、长细比、宽厚比、轴压比及强柱弱梁验算公式和免除强柱弱梁验算的条件。结果表明,相比于CECS 159:2004,T/CECS 951—2021更接近实际试验结果,计算公式更合理,构造要求规定更全面。

装配式预应力高强箍筋混凝土框架结构强柱弱梁设计

为设计满足“强柱弱梁”标准的装配式预应力高强箍筋混凝土框架结构,以5层装配式预应力高强箍筋混凝土框架结构为例,设计此结构梁跨度,依次是3 m、5 m、7 m,轴压比依次是0.7、0.8、0.9,极限弯矩比依次是0.9、1.1、1.3.在OpenSees平台上通过Push-over分析方法,绘制多种条件下结构的荷载-顶点位移变化、塑性铰变化,以此分析所设计装配式预应力高强箍筋混凝土框架结构,是否符合强柱弱梁的设计标准.分析结果显示:梁跨度是3 m、轴压比与极限弯矩比是0.7、0.9时,装配式预应力高强箍筋混凝土框架结构的荷载-顶点位移变化最为稳定,此时塑性铰主要分布于梁端而非柱端,满足强柱弱梁设计标准.

RC框架柱端弯矩增大系数的可靠度评估

由于弯矩增大系数选取不当,很多依据《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(2015年版)设计的框架结构在地震作用下无法实现预期中的梁铰机制。对《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(2015年版)中规定的柱端弯矩增大系数进行了基于可靠度方法的评估,评估方法包括三步:定义形成梁铰机制的极限状态,建立其地震易损性方程,计算出其形成梁铰机制的可靠度指标。初步建立了框架梁柱节点能否实现“强柱弱梁”机制的可靠度评价体系。采用弹塑性时程分析的方法计算了在不同梁端负弯矩调幅系数取值下的柱端弯矩增大系数所对应的可靠度指标,并将有限元分析结果与可靠度指标进行对比。研究结果表明,在不进行梁端负弯矩调幅和梁端负弯矩调幅系数取15%时,《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)(2015年版)中规定的柱端弯矩增大系数的取值没有达到现行规范规定可靠度的要求;对于四级和三级框架结构,建议将柱端弯矩增大系数分别增大到1.35和1.4,并应在结构设计中较准确的计入楼板和填充墙对框架梁的增强作用。

建筑工程中钢结构设计的稳定性原则及设计研究

文章以具体建筑工程项目为例,对建筑工程中钢结构失稳的类型及产生的原因进行分析,并对钢结构设计中应遵守的主要原则及重点进行阐述。以促进钢结构的稳定性提升,使建筑各部分结构构件受力合理,创造优质高效工程,达到项目综合效益最大化目标。

现浇楼板对RC框架结构“强柱弱梁”破坏机制的影响及措施

以地震中倒塌的汶川漩口中学教学楼为原型,设计了两个具有不同形式现浇楼板的钢筋混凝土框架结构对比模型,分别为普通现浇楼板模型和四角设缝楼板模型,运用DIANA进行了非线性有限元数值模拟。动力时程对比分析表明:忽视现浇楼板的贡献使RC框架结构很难实现“强柱弱梁”破坏机制,现浇楼板四角设缝的措施,可以有效减少框架结构柱端的塑性铰数量,使结构呈现出“强柱弱梁”破坏机制,提高了RC框架结构的延性和抗震性能。

柱端弯矩增大系数取值对RC框架结构抗震性能影响的评估

增大柱端抗弯承载力是抗震“能力设计”的关键措施之一,它可以导致钢筋混凝土框架结构形成梁铰型有利的耗能机构。评估不同柱端弯矩增大系数(0.8￣2.4)下钢筋混凝土框架结构的抗震性能。首先采用可靠度理论分析框架结构单节点“强柱弱梁”设计的失效概率;然后,考虑主要影响梁柱强弱的设计参数和地震加速度峰值的随机性,以3层和6层框架结构为分析对象,采用蒙特卡罗模拟分析结构楼层和整体形成“柱铰机构”的抗震位移需求超越位移能力的概率,分析结果表明柱端弯矩增大系数大于2.0,框架结构才能达到可以接受的形成“柱铰机构”概率;最后,以6层确定性框架结构为例,通过增量动力分析建立能有效评估柱端弯矩增大系数的易损性曲线。

双向地震作用下我国“强柱弱梁”措施的有效性评估

以往研究柱端弯矩增大系数时一般基于平面分析模型,双向水平地震作用对框架"强柱弱梁"屈服机制的影响未引起重视。严格按中国规范设计出5个不同地震烈度分区的规则空间框架,在OpenSees平台上,采用基于柔度法的纤维模型从而更加真实地模拟柱在双向弯曲和变化轴力作用下的非线性反应,对五个框架进行了罕遇地震下的非线性反应分析。结果表明,7度0.1g区三级抗震空间框架形成了柱铰为主的混合耗能机制,7度0.15g区三级抗震空间框架少量楼层发生了层侧移反应,8度0.2g区、0.3g区二级抗震空间框架均是部分楼层出现明显层侧移反应的典型柱铰机制,9度0.4g区一级抗震空间框架则形成了梁铰、柱铰均较严重的梁柱铰混合机制。五个空间框架在双向地震下的塑性铰分布特征均比相应平面框架更不利。我国不同烈度区、不同抗震等级的空间框架结构在罕遇地震下形成了不同的的塑性铰耗能机制。

现浇楼板对钢筋混凝土框架结构在地震作用下破坏形式的影响

"5.12"汶川地震造成一些钢筋混凝土框架结构损坏甚至倒塌。灾后调查发现,框架结构震害特点之一是柱端而非梁端出现塑性铰的"强梁弱柱"破坏形式,这与结构抗震设计概念中的"强柱弱梁"不符。国内外研究表明现浇楼板增大了梁端抗负弯承载力,但其对整个框架结构屈服机制的影响研究依然不足。针对这种现象,应用有限元软件ABAQUS对汶川地震中都江堰市某典型"强梁弱柱"框架进行三维动力弹塑性时程数值模拟,着重从结构角度上分析了现浇楼板对框架结构抗震性能的影响、探讨了负弯矩作用下梁端有效翼缘的取值。经分析,发现按照目前我国规范设计的框架在遭遇大震时较难实现"强柱弱梁"屈服机制。框架设计时宜在柱端弯矩增大系数不变的情况下,负弯矩作用下梁端有效翼缘范围内的板筋参与梁受弯,建议该范围取6倍板宽;大震下框架弹塑性变形验算宜采用考虑现浇楼板的计算模型。

从汶川地震看提高建筑结构抗倒塌能力的必要性和可行性

汶川地震的发生是对我国自1978年第一部建筑抗震设计规范颁布以来,也是对按各阶段建筑抗震规范设计的建筑物抗震能力的检验。通过震害调查分析目前我国建筑抗震设计规范存在的问题,提出应适当提高低烈度抗震设防建筑"大震不倒"的设防水准,并考虑整体现浇楼板对结构"强柱弱梁"的影响,以及在建筑抗震设计规范中宜增加建筑结构倒塌分析及抗倒塌措施的建议。

45°方向地震作用下RC空间梁柱节点破坏机制研究

汶川地震中大量钢筋混凝土结构房屋柱端严重破坏、甚至引起房屋倒塌,没有形成'强柱弱梁'破坏机制.本文从空间梁柱节点受力分析、模型试验和有限元数值分析3个方面论述了钢筋混凝土空间梁柱节点在45°方向地震作用下的破坏机制,在现行抗震设计规范规定沿结构两个主轴方向分别计算地震作用并进行抗震验算的设计方法中,没有考虑45°方向地震作用是造成不能形成'强柱弱梁'破坏机制的主要原因之一,指出了在框架结构'强柱弱梁'抗震设计中应考虑45°方向地震作用的必要性.

轴压比对RC框架实现“强柱弱梁”的影响研究

针对现浇楼板中板筋对纵向梁抗弯能力的提高作用,采用ABAQUS进行不同轴压比下的RC空间框架结构非线性分析,通过不同节点处的梁、柱钢筋应力对比,讨论了不同轴压比对应的结构和同一结构中不同节点位置在实现"强柱弱梁"上的难易程度以及梁端塑性铰的出现条件。研究结果表明,轴压比对板筋在纵向梁抗弯能力中参与程度的影响较大,低轴压比的结构比高轴压比的结构更容易出现梁端塑性铰;同一结构中内节点对应的纵向梁端比外节点更难出现塑性铰;为实现"大震不倒",建议在满足现行结构设计规范提出的相关要求外,对同一节点处的梁、柱端实际承载能力进行复核,使得考虑了现浇楼板参与作用后的梁端实际承载力依然小于柱端实际承载力。

基于梁铰机制的柱端弯矩增强措施研究

汶川地震中钢筋混凝土框架结构塑性铰普遍出现在柱端,该震害现象促使我国抗震规范在2010版提高了"强柱弱梁"措施。新的柱端弯矩增大系数取值对一、二抗震等级而言与已有研究结果相近,但低烈度区、三级抗震的取值仍缺乏依据。该文按现行中国规范设计5个位于Ⅱ类场地的不同设防烈度分区、不同抗震等级的规则钢筋混凝土平面框架,讨论现浇板钢筋、梁下部纵筋等对"强柱弱梁"措施的影响规律。以强震下除底层柱下端外其他柱截面纵筋不屈服的梁铰机制为原则建立非线性计算模型,对每个框架分别输入30条符合要求的地震波,在OpenSees平台上对5个框架进行罕遇地震下的非线性反应分析,并对柱端弯矩增大系数需求进行统计分析。结果表明,对于7度区三级抗震框架的柱端弯矩增大系数,抗震规范取1.3明显不足,建议提高其取值,并同时附加将中间节点处绝对值较小的梁端负弯矩取为零的计算原则;8度区二级框架、9度区一级框架的柱端弯矩增大系数需求的统计结果较规范取值偏大得相对较少。基于梁端实际配筋和材料强度标准值的柱端弯矩增大系数需求的统计特征值离散性更小、沿楼层变化不大,同时其已包含板钢筋的贡献,是相对更好的"强柱弱梁"措施形式,此时抗震规范的一、二抗震等级的弯矩增大系数仍有待提高。

钢筋混凝土空间框架底层梁柱节点双向往复加载试验研究

"强柱弱梁"和"强节点弱构件"是钢筋混凝土延性框架结构抗震设计中的重要概念。然而受楼板参与工作、双向地震动作用等因素的影响,抗震规范中规定的抗震构造措施可能无法保证上述抗震概念的实现。针对我国中低烈度区的既有多层钢筋混凝土框架结构,设计4个包含底层柱脚的空间梁柱节点试验体,其中包括2个中柱节点和2个边柱节点,并通过双向往复加载试验,考察空间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。试验结果表明,无论是否考虑现浇楼板的作用,按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,2个中柱节点试验体均在底层柱脚发生脆性破坏,2个边柱节点试验体均在底层柱顶与节点区附近发生脆性破坏。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,楼板的存在对于构件承载力影响不大,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。

楼板开角缝实现RC框架“强柱弱梁”效果的有限元分析

利用有限元软件ADINA对一栋6层现浇钢筋混凝土框架结构的梁柱节点做了拟静力分析与地震动力反应分析,并对普通梁柱节点与周围楼板设角缝节点的结果对比。分析计算结果表明,对于普通梁柱节点,在梁柱节点处采用开角缝的措施之后,梁受力主筋屈服明显提前,柱混凝土裂缝明显减少,梁、柱塑性铰出现时间间隔增加。首层柱柱脚处塑性铰的出现延后,更加接近总体机制破坏。

现浇楼板对框架梁受力影响的研究

为了寻找现浇钢筋混凝土框架结构在实际震害中出现的与"强柱弱梁"设计准则相悖的"强梁弱柱"破坏现象产生的原因,并深入研究现浇楼板对框架梁实际承载力产生"超强"影响的方式,采用ABAQUS对钢筋混凝土带楼板框架和空框架结构进行了侧向力作用下的非线性有限元模拟。通过对比塑性铰出现顺序、钢筋的应力应变变化、框架梁端曲率变化和考察带楼板框架中楼板钢筋的应力变化情况,提出楼板有效翼缘宽度的取值应考虑横向梁刚度和侧向位移等因素的影响。

中欧抗震设计规范关于“强柱弱梁”设计比较

通过"5·12"汶川大地震的震后房屋震害调查发现,多层钢筋混凝土框架结构的框架柱比梁更易遭到破坏,出现了非设计预期的柱铰破坏机制.从抗震设防目标、地震作用水准、结构分析模型、构件抗震计算与构造措施等多角度出发,对比分析了我国抗震设计规范GB 50011—2001和欧洲抗震规范EN 1998-1在实现"强柱弱梁"上的差异.研究表明,保证抗震等级为一至三级的梁、柱局部延性的构造措施不足,以及对于楼板对梁刚度和承载力的贡献考虑不充分是造成地震中钢筋混凝土框架结构柱铰破坏的主要原因.

现浇楼板参与工作后框架结构的pushover分析研究

为了研究现浇楼板对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响,本文利用pushover方法对框架结构进行了分析研究,在分析中分别考虑和不考虑现浇楼板及其钢筋对梁抗弯承载力的贡献,通过对计算结果进行分析比较得出了一些结论,并对框架结构抗震设计提出了一些建议。