RC框架结构实现合理大震失效模式研究

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现阶段我国规范设计体系采用的“三水准”抗震设防目标为“小震不坏、中震可修、大震不倒”。为满足结构“大震不倒”的抗震设防要求,发挥结构系统中各层次结构构件的抗震能力,实现结构最优的地震失效模式,针对框架结构规范中提出了“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的抗震概念设计,目的是使结构在地震作用下,按最优标准实现预期的失效模式。但震害调查情况却与设计初衷相违,特别是在汶川震害中,框架结构较多出现底层柱端破坏、节点区破坏等现象,而梁端破坏较少,未出现预期的结构地震失效模式。针对此问题,本文展开以下研究:  首先,本文对框架结构简化分析模型和精细化分析模型的地震破坏模式进行了对比分析,研究了二者的地震失效模式。结果表明,简化模型可以实现“强柱弱梁”失效模式,而精细化模型在实现“强柱弱梁”失效模式上出现偏差。建议在对框架结构进行抗震设计时,宜建立精细化模型对结构进行分析,充分考虑楼板与梁、柱的空间协同作用,进而有效地把握结构的地震失效机制。  其次,本文研究了框架结构弹性楼板假定和弹塑性楼板假定对结构地震失效模式的影响,分析了两种结构的地震响应差异。并通过无楼板框架结构和有楼板框架结构的对比分析,证明了楼板对框架梁有增强作用,该作用使框架结构在地震作用下不易于形成“强柱弱梁”破坏模式。为体现楼板与梁、柱的空间协同作用,进而研究了楼板面外刚度和楼板配筋对结构破坏模式的影响,通过改变楼板厚度和增加楼板配筋对比分析了结构的抗震性能,分析结果表明,在设计中应充分考虑楼板的面外刚度作用,以及楼板配筋参与框架梁共同受力作用。  最后,本文研究了柱截面尺寸、柱纵筋与箍筋配筋率以及梁端负筋等因素对框架结构地震失效模式的影响。分析结果表明,增大柱截面尺寸、柱配筋率及减少梁端负筋较之增大柱配箍率,对框架结构的变形能力、延性及失效模式影响更为显著。因此,在实际工程设计中,可以通过控制柱的截面尺寸、柱配筋率及梁端负筋等设计参数来改善结构的延性及抗震性能,以期实现合理的大震失效模式。
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