传统框架及楼板局部设缝框架柱端弯矩增大系数分析

柱端弯矩增大系数是实现结构"强柱弱梁"的关键措施之一。分析了传统框架的柱端弯矩增大系数,表明现浇楼板对框架梁端抗弯承载力的贡献不可忽略,抗震规范给出的柱端弯矩增大系数难以实现梁铰屈服机制,柱端出现塑性铰难以避免,由此对框架梁侧楼板局部设缝,以消除楼板对框架梁端抗弯承载力的贡献,从而分析该楼板局部设缝框架的柱端弯矩增大系数,表明现行抗震规范给出的柱端弯矩增大系数对于楼板局部设缝的框架可以实现"强柱弱梁"屈服机制。

钢筋混凝土框架柱端弯矩增大系数初探

四川汶川地震中,房屋典型的震害表现为,一些钢筋混凝土框架结构柱端出现了严重的塑性铰,而梁端震害反而较轻,"强柱弱梁"的抗震设计目标在混凝土框架中未能实现。本文首先总结了我国现行规范中关于"强柱弱梁"的相关规定及存在的问题,然后分析不同柱端弯矩增大系数对框架结构塑性铰分布的影响,结果表明,当柱端弯矩增大系数取为1.7时能有效地实现"强柱弱梁"。

柱端弯矩增大系数对PC框架结构抗震性能影响的研究

根据我国现行《预应力混凝土结构抗震设计规程》(JGJ 140-2004),以设防烈度为8度(0.2g)地区的多跨多层预应力混凝土框架结构柱端弯矩增大系数为研究对象,对其合理取值问题进行了探讨.在SAP2000与PERFORM-3D软件中,采用局部纤维铰梁单元,对6个PC平面框架建立了弹塑性分析模型,并对其进行了静力弹塑性分析(Pushover分析)与动力弹塑性时程分析.计算结果表明:按照现行规范设计的PC框架,基本上可以满足8度区罕遇地震作用下的抗震要求,但是结构在大震作用下形成的是以底层柱端出铰为主的梁柱铰屈服机制,对结构抗震不利;随着柱端弯矩增大系数的增加,结构的局部构件抗震性能以及屈服机制均有很大程度的改善,当边柱和中柱的柱端弯矩增大系数分别增加到2.0,1.8时,预应力混凝土框架结构能够实现对结构抗震有利的以梁出铰为主的梁柱铰屈服机制,甚至是梁铰屈服机制.因此,建议在进行预应力抗震技术规程的修订时,适当提高框架结构柱端弯矩增大系数的取值.

抗震框架柱端弯矩增大系数的构成因素识别及量化评价

钢筋混凝土柱端弯矩增大系数是减缓柱端在强地面运动下形成屈服区,改善结构性能的重要抗震措施。目前虽已见有对中国规范取值有效性的分析评价结果,但对影响其取值的主要因素与影响程度则未见有关文章发表。本文设计了不同抗震等级的3个典型空间框架结构,通过对其非弹性动力反应分析结果的逐时点量化识别以及梁端抗弯能力超强的考察,识别出"梁端抗弯能力超强"和"节点处柱端弯矩比例从多遇到罕遇地震作用的增长率"是决定ηc取值的两个主要因素,而柱轴力从多遇到罕遇地震作用的变化则对ηc取值无明显影响。在完成以上两个主要因素定量统计的基础上,对各抗震等级ηc的合理取值作了进一步评价。

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。

考虑现浇楼板的柱端弯矩增大系数可靠指标分析

本文分析了考虑梁侧楼板有效翼缘宽度范围内板配筋的框架柱端弯矩增大系数可靠指标关系,表明考虑梁侧现浇楼板配筋,抗震规范给出的柱端弯矩增大系数难以实现梁铰屈服机制,柱端出现塑性铰难以避免。分析表明,柱端弯矩增大系数取值达到2.0以上,才能满足建筑结构安全等级为二级时延性破坏的可靠指标β基准值。

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。

框架结构梁柱抗震内力调整研究

框架梁端剪力调整之前,应先计算控制截面内力,后进行梁端弯矩调幅,使结构更加安全。框架结构梁柱抗震内力调整在手算一榀框架计算中是一个难点,且容易出错。为解决这一问题,可根据具体计算实例,归纳出框架梁柱抗震内力调整计算的基本步骤和方法,计算出在框架梁端弯矩正负号判别、弯矩最不利组合、最大剪力设计值确定等位置容易出现错误,并结合实例予以纠正。框架柱的抗震内力调整顺序是先进行“强柱弱梁”的调整,再进行“强剪弱弯”的调整,中柱在进行“强柱弱梁”的内力调整时,因其需要同时考虑节点左右梁端的弯矩,节点上下柱的线刚度,计算量大,采用柱端弯矩增大系数的简化计算方法,简单明了,误差很小,对边柱同样适用。

楼板局部设缝框架的柱端弯矩增大系数可靠指标分析

本文通过对楼板局部设缝框架的柱端弯矩增大系数可靠指标分析,表明柱端弯矩增大系数ηc随实配系数λs增大而增大,且实配系数λs是框架结构实现"强柱弱梁"最大的制约因素。在λs=1.0时柱端弯矩增大系数ηc=1.6;在λs≤1.1中节点柱端弯矩增大系数ηc≤1.7,边节点下部受拉柱端弯矩增大系数ηc≤2.2;可见,楼板局部设缝框架对框架结构采用现行《建筑抗震设计规范》中的柱端弯矩增大系数有助于实现"强柱弱梁"屈服机制。

一级抗震预应力混凝土框架混合出铰机制下柱端弯矩增大系数研究

按GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》要求,对一级抗震预应力混凝土框架结构(简称"一级PC框架")进行"强柱弱梁"调整时,会出现中柱配筋面积过大及节点受剪承载力不足等问题。为降低中柱配筋,提出了一级PC框架结构"弱化中柱"、"强化边柱"的"强柱弱梁"调整方案,即通过弱化中柱配筋、强化边柱配筋,定义"强柱弱梁"框架为"罕遇地震作用下中柱和PC梁出现塑性铰,边柱除底层柱底外基本不出现塑性铰"的混合出铰有限延性框架。以4榀按抗震设防烈度8度(0. 2g)设计的不同跨数、层数的一级PC框架为研究对象,进行柱端弯矩增大系数研究。首先弱化中柱配筋,然后以控制边柱纵筋临界屈服为目标,对各个PC框架算例输入30条罕遇地震水准的地震波进行弹塑性时程分析,由梁实际配筋的正截面受弯承载力反算边柱所需的柱端弯矩增大系数,并经统计分析后提出具有明确概率意义的增大系数建议值。按照上述调整方案对算例进行再设计和弹塑性时程分析,结果表明,该调整方案能够避免结构在罕遇地震作用下出现整体和局部破坏,边柱除底层柱底外基本不出现塑性铰,上部楼层边柱总体安全储备较大,结构表现为以中柱和预应力梁出现塑性铰的混合耗能机制。

基于典型失效模式可靠度分析的柱端弯矩增大系数概率评定

提出一种基于典型失效模式可靠度分析的柱端弯矩增大系数(column overdesign factor)ηc的概率评定方法。该方法利用可靠度理论对结构典型失效模式的发生概率进行分析,获得能使结构最可能发生"强柱弱梁"破坏的最优ηc取值。以一栋五层钢筋混凝土框架结构为例,对提出方法进行应用研究,考虑屈服失效、极限变形失效和剪切失效3类失效机制,选取7种典型失效模式。研究结果表明:我国现行规范建议的ηc取值无法保证钢筋混凝土框架结构最大可能发生"强柱弱梁"破坏,而当ηc取值大于3.1时,钢筋混凝土框架结构发生"强柱弱梁"破坏的概率最大。

考虑正交梁刚度影响的柱端弯矩增大系数研究

按中国规范设计了不同正交梁刚度的三级抗震RC空间框架,在ABAQUS中,采用实体单元更加真实地模拟侧向荷载作用下不同正交梁刚度的RC空间框架结构在'强柱弱梁'上的实现效果,根据模拟结果进行理论推导得出考虑正交梁刚度影响的柱端弯矩增大系数建议取值,并对该取值从抗震性能和经济性两方面进行了验证和分析.结果表明:三级抗震RC框架在考虑了正交梁刚度影响后的柱端弯矩增大系数取值为1.5时,能较好改善'强柱弱梁'的实现效果,并对结构建造成本提高不大,因而具有在实际设计中实施的可行性.

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。

钢筋混凝土框架结构合理破坏模式研究

针对钢筋混凝土框架结构的破坏模式展开研究,建立了框架结构模型,分析了框架结构基于规范给定的柱端弯矩增大系数的破坏模式,并探究了使结构出现良好破坏模式的柱端弯矩增大系数的建议取值。

基础埋深较大时多层框架结构设计计算方法的比较与分析

1前言地震区不设地下室的多层框架结构,经常会遇到基础埋深较深(例如基底在室外地面以下2、3m左右),而首层层高又比较高的工程。抗震设计时,如果将首层柱计算高度延伸至基础顶面,首层结构侧向刚度较小,楼层的弹性层间位移角过大,难以满足规范的限值要求,常需要加大框架柱的截面和配筋,还需另做首层填充墙的基础,不十分经济。对上述框架结构,通常在0.000地面下设置一层拉梁,与建筑地面做法垫层组成一个楼面层。

框架结构设计中的梁柱内力调整

分析了框架梁柱端弯矩调整的有关问题,推导出了框架结构柱端组合弯矩设计值的计算式,考虑了框架梁端负弯矩调幅的影响,并与直接增大柱端弯矩的简化方法进行了比较。通过算例证明简化方法误差不大,具有可行性与合理性。

外加强环不等高H型钢梁-方钢管柱节点受力性能有限元分析

在外加强环不等高H型钢梁-方钢管柱节点抗震性能试验研究的基础上,采用有限元分析软件ABAQUS,建立了考虑不同参数影响的三维实体模型并进行了非线性有限元分析。三维实体模型分析得到的有限元结果与试验结果吻合良好,有限元模型能够较高精度地模拟节点的受力行为。研究表明：节点的破坏形式分为整体节点域剪切破坏和局部节点域剪切破坏两种;节点单侧框架柱端部弯矩增大系数是节点域形成不同破坏模式的重要控制参数,两种破坏模式的分界线是节点单侧框架柱端部弯矩增大系数约为0. 92;方钢管柱的宽厚比是影响节点域屈服剪力和塑性剪力的主要因素,梁截面高度比对节点域受剪承载力影响较大,而节点域高宽比对节点域屈服剪力和塑性剪力影响并不明显。

我国“强柱弱梁”措施表达式影响因素分析

对于按中国规范分别设计的位于不同设防烈度分区、不同抗震等级的2个空间框架和5个平面框架,通过考察各节点的四类弯矩比计算结果,讨论了楼层位置、烈度区、梁跨度、现浇板钢筋、梁底纵筋"超配"等因素对"强柱弱梁"措施的影响规律。结果表明,采用《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)式(6.2.2-1)进行"强柱弱梁"调整时,低烈度区框架应同时考虑现浇板钢筋、梁底纵筋"超配"的影响,高烈度区框架可主要考虑现浇板钢筋的影响;确定现浇板钢筋的增强幅度、梁底纵筋的"超配"幅度时均需考虑烈度区、楼层位置、梁跨度的影响。

多层预应力混凝土框架结构基于IDA的地震易损性分析

为研究我国《预应力混凝土结构抗震设计规程》(JGJ40-2004)所规定的PC框架结构轴压比、柱端弯矩增大系数等设计参数取值的合理性,根据该规程设计了6榀轴压比与柱端弯矩增大系数取值不同、抗震等级为二级的PC框架结构,在Open Sees软件中,采用基于材料的非线性纤维梁柱单元建立其数值分析模型,考虑材料、荷载、地震动等参数的随机性,分别对其进行基于增量动力的易损性分析。研究表明:当轴压比相同时,提高柱端弯矩增大系数,或在柱端弯矩增大系数相同时,减小柱的轴压比,均能有效地改善PC框架结构的抗震性能;04规程中规定的二级PC框架结构的柱端弯矩增大系数限值偏小,规程修订时应予以增大,建议≥2.0;04规程中规定的二级PC框架结构的轴压比限值偏大,规程修订时应予以适当减小,建议<0.7。