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带楼板的可更换混凝土连梁抗震性能试验研究

带楼板的可更换混凝土连梁抗震性能试验研究

作者：张仕林湖南大学

学位级别：硕士

普通的钢筋混凝土连梁在地震作用下极易发生脆性剪切破坏,连梁耗能能力极大降低,有甚者还会引起墙肢的破坏。可更换混凝土连梁作为一种新式连梁耗能构件,不仅能够极大地增大连梁的耗能能力,还可以大幅度提高联肢剪力墙结构体系的震后可... 详细信息

普通的钢筋混凝土连梁在地震作用下极易发生脆性剪切破坏,连梁耗能能力极大降低,有甚者还会引起墙肢的破坏。可更换混凝土连梁作为一种新式连梁耗能构件,不仅能够极大地增大连梁的耗能能力,还可以大幅度提高联肢剪力墙结构体系的震后可恢复性。本文从楼板与可更换混凝土连梁间的相互作用出发,研究考虑楼板影响的带消能钢梁段的可更换混凝土连梁的抗震性能,并重点讨论其楼板的损伤情况。文中设计了4个带有不同型式的RC楼板的可更换混凝土连梁试件,其一是将楼板中部区域的混凝土置换为韧性更好的ECC材料,并在非更换段-可更换段连接位置预留变形缝(RCBECC);其二是在楼板与连梁之间做无连接处理,以降低楼板与连梁的联系(RCBUP);其三是将两块楼板通过预应力钢绞线拼接连接形成一整块楼板(RCBPF);最后一个作为对照组试件RCBCT,其楼板未进行其他处理。本文完成了4个带RC楼板的可更换混凝土连梁试件的拟静力试验及非线性有限元分析,主要的研究内容如下:(1)设计、制作并完成了4个带楼板的可更换混凝土连梁试件的拟静力试验,得到了各试件的承载力、变形能力、滞回曲线及楼板与连梁的裂缝分布和破坏模式。结果表明:试件RCBECC与试件RCBUP的楼板损伤程度相对较低,试件RCBECC的楼板裂缝宽度最小,试件RCBUP的楼板裂缝数量最少;试件RCBUP以及试件RCBPF的滞回曲线非常饱满,位移延性及耗能能力相对较好。(2)利用ABAQUS软件建立了4个带楼板的可更换混凝土楼板连梁试件的有限元模型。通过对比试验结果,验证了4个模型的正确性,说明本文所采用的建模方法及模型参数都是合理有效的。(3)基于有限元模型展开进一步的参数分析,讨论各参数的变化对考虑楼板影响的可更换混凝土连梁的抗震性能及楼板损伤情况的影响。结果表明:可更换混凝土连梁的初始刚度受RC楼板的影响较大,而对承载力的影响相对较小;连梁可更换段-非更换段的刚度比对其初始刚度与承载力的影响也远不及连梁的非更换段-可更换的强度比的影响;改变楼板的上浮距离不会对试件整体的初始刚度产生较大影响,楼板上浮距离控制在15mm左右时效果较好;改变楼板预应力筋的截面面积和初始预应力大小均没有对试件荷载-位移曲线造成较大影响,但随着楼板初始预应力的增加,楼板的损伤略有降低。

关键词：可更换混凝土连梁 RC楼板拟静力试验抗震性能楼板损伤有限元分析

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带楼板的可更换钢连梁抗震性能试验研究

带楼板的可更换钢连梁抗震性能试验研究

作者：吴强强湖南大学

学位级别：硕士

经过多年的抗震研究发展,绝大部分的抗震设计已能实现建筑结构在强震下不发生倒塌,但是建筑结构的各主要构件及非主要构件在地震作用下,其损伤通常难以快速修复,或修复加固成本高,造成建筑功能中断。很多建筑不得不拆除重建,形成了人、... 详细信息

经过多年的抗震研究发展,绝大部分的抗震设计已能实现建筑结构在强震下不发生倒塌,但是建筑结构的各主要构件及非主要构件在地震作用下,其损伤通常难以快速修复,或修复加固成本高,造成建筑功能中断。很多建筑不得不拆除重建,形成了人、材、物、时等资源浪费的现象。基于此,学术界提出了“建筑抗震韧性”或叫“震后功能可恢复”,其中重要的指标为恢复原有建筑功能所需要时间。连梁作为第一道抗震防线,在地震作用下最易破坏,因此连梁的快速可更换成为建筑韧性设计的重要一环。近年来,学术界提出了可更换钢连梁的构想,将钢连梁设计为中间消能更换段和两侧弹性非更换段,地震作用下钢连梁损伤集中在更换段,从而实现高效的更换性能。为保证可更换钢连梁在破坏之前充分耗能,其消能更换段通常设计为可进行剪切屈服耗能的工字钢梁段。然而,可更换连梁良好的抗震性能必然伴随着更换段部分的大位移,而这往往带来连梁上部楼板损伤,楼板的损伤程度同样影响着整体结构的震后可恢复性。本文旨在对带楼板的可更换钢连梁试件初始刚度、承载力等性能影响不大的前提下,尽量减少楼板的损伤。故设计了三个带楼板的可更换钢连梁试件,包括带无连接普通混凝土楼板的可更换钢连梁试件SCBS1;更换段上部楼板置换为ECC材料,并在更换段-非更换段连接处楼板进行开缝的可更换钢连梁试件SCBS2;非更换段钢连梁进行变截面设计的可更换钢连梁试件SCBS3。对上述三个试件进行拟静力试验和ABAQUS有限元分析,并得到以下研究结论:(1)对各试件进行拟静力试验并分析试件的各抗震性能指标和各部位损伤,结果表明:三个试件的均表现出优异的抗震性能,且各抗震性能指标相近,SCBS3方案对于试件的初始刚度影响较大;SCBS1和SCBS2试件的楼板裂缝分布基本一致,主要分布在端板上部及楼板与墙肢连接处,但SCBS2的中部ECC楼板裂缝呈现多而密的特征,SCBS3分布集中在楼板与墙肢连接处且裂缝数量最少;试件SCBS2和SCBS3均可显著减少试件在地震作用(转角0.02)下的裂缝宽度,且SCBS3的施工更简便,而试验极限位移(转角0.05)下SCBS2的减损效果明显好于SCBS3;钢连梁损伤集中在中部消能更换段,试件最后均因端板-翼缘裂缝断裂而破坏。(2)对各带楼板的可更换钢连梁试件进行ABAQUS有限元建模,各试件的荷载-位移曲线与实际骨架曲线有很好的拟合;分析模型Mises应力云图可知,加载到峰值位移时,各试件的更换段屈服耗能而非更换段处于弹性范围,验证了各试件设计的合理性;对比各试件DAMAGET损伤云图与试验中楼板裂缝可得,二者的分布具有高度一致性,再次验证了模型的可靠性。(3)通过ABAQUS有限元对各试件进行参数分析:改变SCBS1试件钢连梁与楼板的连接方式可知,二者连接越紧密,试件的初始刚度及承载力越高,但同时也会加剧楼板的损伤;通过改变非更换段腹板厚度引起的刚度比变化对于试件刚度、承载力的影响不大,可更换钢连梁的性能主要取决于中间更换段;更换段腹板厚度引起的刚度比变化能够有效影响试件的刚度、承载力等性能,分析可得钢连梁的刚度比应处于0.29～0.51;随着长度比的增大,试件刚度、承载力等性能逐渐减小,但减小幅度越来越小,长度比宜处于0.42～0.98之间;改变SCBS3试件非更换段钢连梁变截面位置的变化对试件承载力等力学性能影响很小,随着变截面位置的增大,试件初始刚度不断增大,楼板损伤区域不断平移且增大。

关键词：可更换钢连梁楼板 ECC 变截面抗震性能楼板损伤有限元分析

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现浇楼板对RC框架结构的抗震性能影响

现浇楼板对RC框架结构的抗震性能影响

作者：高晓鹏广东工业大学

学位级别：硕士

钢筋混凝土现浇楼板框架结构是目前结构形式中很常见的一种结构体系。对现浇楼板框架结构研究显示,现浇楼板对框架结构的承载力、刚度以及变形性能都有很大的影响,尤其是现浇楼板对梁的抗弯承载力的增强作用导致强梁弱柱情况在震害中的... 详细信息

钢筋混凝土现浇楼板框架结构是目前结构形式中很常见的一种结构体系。对现浇楼板框架结构研究显示,现浇楼板对框架结构的承载力、刚度以及变形性能都有很大的影响,尤其是现浇楼板对梁的抗弯承载力的增强作用导致强梁弱柱情况在震害中的发生已经屡见不鲜,如果忽略了现浇楼板对框架结构的影响,框架结构将无法始终在震害中保持“强柱弱梁”的总体机制破坏形态。最终会造成严重的生命危险和财产损失,因此在框架结构的抗震设计时,应充分考虑现浇楼板对框架结构的影响。许多国内外学者在现浇楼板框架结构做了许多工作,可仍有许多问题没有解决。本文所要做的主要工作如下：1.为了更加充分的考虑现浇楼板对框架结构的影响,本文通过对文献中的模型进行了总结和分析,得出应如何考虑浇楼板对框架结构的变形能力的影响,同时总结国内外的关于现浇楼板对框架结构的影响的研究成果,为后续研究打下基础。2.利用具有强大非线性功能的ABAQUS有限元软件建立三维框架模型,研究不同板厚情况下和不同板筋情况下的现浇楼板框架结构在不同地震强度输入作用下的动力反应特性,通过层间位移角的变化,来考察现浇楼板参与框架的抗震变形能力。3.改变模型,通过对不同配筋率,相同板厚以及不同板厚,相同配筋率这两种情况下,结合层间位移角变化以及楼板损伤情况,针对楼板对框架结构的抗震影响进行了说明。4.通过对比分析不同板厚情况下的RBFOR包络图以及对比分析不同直径的现浇楼板钢筋的RBFOR图,得出有效板宽的初始值。本文在算例模型的基础上,得出一些有益的结论,提出一些设计建议,对现浇楼板框架结构的分析和设计具有一定的参考价值。

关键词：钢筋混凝土框架结构现浇楼板强柱弱梁层间位移角楼板损伤抗震性能

考虑楼板影响外廊式框架结构抗竖向倒塌能力数值研究

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考虑楼板影响外廊式框架结构抗竖向倒塌能力数值研究

作者：王冲东北电力大学

学位级别：硕士

外廊式框架结构由于采光性、通风性良好,在建筑中应用广泛,外廊式框架结构一旦发生竖向倒塌将面临巨大风险,造成一系列安全事故。目前对不等跨布置下的外廊式框架结构竖向倒塌分析研究不充分,通过研究外廊式框架结构破坏荷载的传播途径... 详细信息

外廊式框架结构由于采光性、通风性良好,在建筑中应用广泛,外廊式框架结构一旦发生竖向倒塌将面临巨大风险,造成一系列安全事故。目前对不等跨布置下的外廊式框架结构竖向倒塌分析研究不充分,通过研究外廊式框架结构破坏荷载的传播途径,可以明确结构在倒塌过程中“薄弱部位”,抑制结构“不成比例”的破坏在跨间传播,同时考虑楼板影响下,作为抵抗竖向倒塌有利防线,可以增强结构整体稳固性。本文主要研究分为以下四个方面:（1）利用ABAQUS建立外廊式框架结构数值模型,并对单层2×2跨的RC框架子结构试验进行模拟。通过对比试验中的荷载-位移曲线、相邻边柱的水平位移以及最终的破坏模式来验证数值模拟的有效性。（2）为考虑不等跨布置的影响,设计了两组X向等跨设计框架子结构及内廊式框架子结构进行对比,为考虑跨度对外廊式框架结构抗倒塌能力的影响,比较同一子结构不同跨度的框架梁相连柱失效后的剩余承载力表现,同时提取梁板关键截面的内力进行分析,研究结构倒塌过程中的受力机理。研究结果表明:不等跨设计中短跨梁受力集中,破坏程度较大,结构的破坏模式与框架梁的跨高比相关,破坏首先在跨高比较小的梁发生,梁跨度越大,柱失效后结构剩余承载力越低,梁的跨高比越小,其轴力越大,压拱效应越强。（3）研究不同失效柱工况下,混凝土楼板的拉压损伤情况,总结不同失效柱下楼板的失效模式,建立不同楼板厚度、楼板钢筋间距以及梁高的模型,探究梁板参数对子结构剩余承载力的影响,基于竖向倒塌过程中梁板不同的抗力机制,建立了外廊式框架结构抗力计算表达式。研究结果表明:楼板早期损伤性能反映出楼板的屈服模式,可以预测裂缝的开展。增大梁高、楼板厚度、楼板配筋率可以提高结构承载力,楼板钢筋在悬链线机制阶段作用明显大于前期梁机制阶段。（4）在单层框架的基础上,考虑楼板影响下,建立不同位置柱失效下的原型外廊式框架结构模型、不同楼层的底层内柱失效的结构模型、平面框架模型、不同数量失效柱的模型,考察结构在竖向倒塌过程中剩余承载力的表现以及相关截面的倒塌机理。研究结果表明:考虑楼板影响下,层数的增加,各层梁板柱发挥协同作用,增大结构刚度,承载力成倍增大。多柱失效下,边框架梁表现为弯剪扭复合的受力状态,破坏范围较大,顶层梁板受扭出现坠落,同时失效柱侧移量偏大且发生明显弯折,造成早期结构承载力出现骤降,结构没有明显的抗力转化机制,造成失稳倒塌破坏并进一步在跨间传播。

关键词：梁-板结构竖向倒塌数值分析楼板损伤梁板参数