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钢筋混凝土框架结构在汶川地震中发生大量“强梁弱柱”型破坏,没有实现现行设计规范要求的“强柱弱梁”破坏,其重要原因之一是对楼板与梁的协同工作考虑不足。本文设计了3个钢筋混凝土中柱空间节点试件,其中1个不带楼板的钢筋混凝土框架中柱节点试件、2个带楼板的钢筋混凝土框架中柱节点试件,对不带楼板的试件和1个带楼板的试件在1个方向(单向、平面)施加低周反复荷载,研究其在地震作用下受力全过程中楼板与梁协同工作作用,对另1个带楼板的试件在斜向施加低周反复荷载,研究其在斜向(双向、空间)地震作用下楼板与梁协同工作作用。主要成果和结论如下:
(1)在单向荷载作用下,带楼板试件梁端的斜裂缝比不带楼板试件多,不带楼板试件表现为上下缘混凝土压碎的弯曲破坏,带楼板试件表现为梁下缘混凝土压碎脱落破坏、上缘混凝土楼板完好的形态;带楼板试件在双向荷载作用下板顶沿对角线方向的裂缝比单向荷载作用下明显,破坏形态除柱子角部发生轻微损伤外与单向荷载作用下带楼板试件相同。
(2)不论是单向加载还是双向加载,楼板的协同工作宽度随加载位移增加而增大;单向荷载作用下梁端负弯矩截面屈服和最大承载力时楼板协同工作有效宽度分别为8倍和12倍楼板厚度;双向荷载作用下梁端负弯矩截面屈服和最大承载力时楼板协同工作有效宽度分别为10倍和14倍楼板厚度。
(3)在单向荷载作用下,带楼板试件梁端负弯矩截面受弯承载力比不带楼板试件提高了约120%~140%,由于梁下缘混凝土压碎脱落破坏经过最大承载力后承载力迅速下降延性较小;带楼板试件梁端正弯矩截面受弯承载力比不带楼板试件提高了约20%,由于上缘混凝土楼板完好直至钢筋拉断延性良好。
(4)由于在双向荷载作用下,2个方向的梁会发生扭转,梁端负弯矩截面受弯承载力比单向荷载作用下降低了约10%,而梁端正弯矩截面受弯承载力与单向荷载作用基本相同。
(5)在柱子承载力较高,1个方向加载后柱子损伤不太大的情况下,再在另1个方向加载时,不带楼板试件梁的破坏形态及承载力与前1方向加载基本相同;而由于前1加载过程中楼板的损伤,带楼板试件虽然梁的破坏形态基本一致,但其承载力略有下降。