钢筋混凝土框架结构实现“强柱弱梁”初步研究

作     者：李心霞 

作者单位：中国地震局工程力学研究所 

学位级别：硕士

导师姓名：谢礼立

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：强柱弱梁 强柱弱梁系数限值 柱端弯矩增大系数 钢筋混凝土框架结构 强柱弱梁系数 

摘      要：钢筋混凝土框架结构在实际大地震中大多没有实现规范所预期的“强柱弱梁破坏模式，更多的是出现了柱端先出现塑性铰的情况，这种破坏模式容易造成结构的整层破坏，甚至整体倒塌，从而造成大量人员伤亡及重大财产损失。 为解决这一严重问题，通过对“强柱弱梁这一概念进行深入分析，采用不同的参数来表征不同层次的含义，提出了强柱弱梁系数这一新的参数，来表征柱和梁的相对屈服情况，通过对强柱弱梁系数进行限值确保结构在地震作用下实现“强柱弱梁。将结构由“强柱弱梁破坏模式转换为“强梁弱柱破坏模式的临界强柱弱梁系数定义为强柱弱梁系数限值，并采用有限元软件ABAQUS对强柱弱梁系数限值进行了计算、分析和验证。本文研究的主要内容和结论如下： 1、总结钢筋混凝土框架结构的震害特点，提出强柱弱梁系数与强柱弱梁系数限值，并分别给出明确的定义和意义。选取最简单的钢筋混凝土框架结构模型，采用有限元软件ABAQUS对强柱弱梁系数和强柱弱梁系数限值的求算方法进行了示范。 2、通过有限元软件ABAQUS进行大量的数值模拟，讨论强柱弱梁系数限值在不同条件下的变化规律。研究发现：随轴压比的提高，强柱弱梁系数限值的提高先平稳后快速;同一结构在双向地震动输入时求得的强柱弱梁系数限值小于单向地震动输入时求得的强柱弱梁系数限值;同一地震动调整不同的峰值加速度对于强柱弱梁系数限值的影响不大;不同地震动调整至相同峰值加速度对于强柱弱梁系数限值的影响在轴压比较小时不大，在轴压比较大时影响较大。通过将强柱弱梁系数限值与规范中的柱端弯矩增大系数进行比较，考察规范对于“强柱弱梁问题的体现是否合理，经过分析可知，仅就柱梁的相对强弱来看，现行规范并不能完全保证结构在地震动作用下实现“强柱弱梁。 3、通过设计一个5层的钢筋混凝土框架结构并进行数值模拟，选取两条有代表性的地震动，考察了强柱弱梁系数和强柱弱梁系数限值规律的正确性。同时，分析了符合规范要求的结构在某些地震动作用下可能的破坏模式，指出在某些情况下，结构虽有先形成柱端塑性铰的危险，可是由于构件本身的强度较大，无论是柱端还是梁端可能都不形成塑性铰。