提升RC框架结构抗震韧性的冗余柱性能分析

本文提出了一种通过设置可更换冗余柱以增强钢筋混凝土框架结构抗震韧性的方法。通过冗余柱纵筋在钢筋机械套筒里的锚固长度以控制冗余柱与框架连接节点处的钢筋失效,节点的刚性连接转变为铰链连接。以钢筋直径和锚固长度为变量,对钢筋机械连接套筒试件进行了13组拉伸试验和6组高应力拉压试验,每组包含3个试件,一个试件包含两段钢筋和一个机械套筒。试验结果表明,适当设计机械连接套筒锚固长度,可实现可控成铰性能。将实测数据应用于冗余柱的截面和构件仿真分析中,证明可通过改变钢筋于套筒锚固长度控制当冗余柱极限变形达到设计值时柱端自动成铰,使冗余柱损坏后仍为关键结构柱提供竖向承载能力,同时保护关键柱在遭遇强震时不易发生严重破坏。

增设可更换冗余柱框架结构的抗震韧性研究

随着建筑功能的日益复杂,仅考虑建筑结构本身的安全并不能保证社会秩序的正常运行,对于服役期间的重要建筑,结构在抵御灾害和灾后功能快速恢复的能力上应有更高的要求。为了有效提高相应建筑在地震作用中基本使用功能的完备和实现震后功能的快速恢复,基于建筑抗震韧性要求,提出一种增设可更换冗余柱的钢筋混凝土框架结构体系,并设计了一栋典型的10层钢筋混凝土框架结构,冗余柱柱端设计成为小震不坏、中震可修、大震成铰,即柱端钢筋变形达到设计值时,柱端连接失效,使得柱端部形成铰。采用OpenSees软件建立合适的本构模型,输入3条天然地震波,对普通和增设冗余柱的框架结构的抗震韧性进行对比研究。根据计算结果表明,设防烈度下,冗余柱分担了内力最大框架柱10%~23%的轴压比,使其轴力和剪力得到1%~23%的降低,达成“中震不坏”的目标;罕遇烈度下,通过控制冗余柱成铰的时刻,达成关键柱“大震可修”的目标;大震后,在冗余柱所在位置的两侧施加支撑,可快速更换已损坏的柱构件,实现结构的快速可恢复性。综上所述,增设冗余柱提高了结构抗震韧性,若将研究的成果用于高烈度区生命线工程,可以有效提高对应建筑结构的抗震韧性。该研究为建设韧性城市提供技术支持,为韧性评估提供理论支撑。