抗震框架柱端彎矩增大系數(shù)的構(gòu)成因素識(shí)別及量化分析.pdf

1、鋼筋混凝土柱端彎矩增大系數(shù)c是減緩柱端在強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)下形成屈服區(qū)，改善結(jié)構(gòu)性能的重要抗震措施。目前雖已見(jiàn)有對(duì)中國(guó)規(guī)范?c取值有效性的分析評(píng)價(jià)結(jié)果，但對(duì)影響其取值的主要因素與影響程度則未見(jiàn)有關(guān)研究成果發(fā)表。探究?c需要考慮的因素及其影響程度具有從本質(zhì)上找出其形成規(guī)律的重要意義。本文嘗試回答這一問(wèn)題，從而進(jìn)一步評(píng)價(jià)抗震規(guī)范各抗震等級(jí)現(xiàn)有?c取值的有效性。
　　本論文主要完成了以下研究工作：
　?、倏偨Y(jié)各國(guó)規(guī)范“強(qiáng)柱弱梁”表達(dá)思路的

2、異同，結(jié)合理論和現(xiàn)有分析結(jié)果提出了從構(gòu)成因素上量化識(shí)別柱端彎矩增大系數(shù)?c的思路方法。
　　②嚴(yán)格按照現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計(jì)了分別位于中國(guó)7度（0.10g）、7度（0.15g）、8度（0.20g）、8度（0.30g）和9度（0.40g）設(shè)防烈度分區(qū)的五個(gè)典型空間框架結(jié)構(gòu)，并分析統(tǒng)計(jì)5個(gè)算例框架構(gòu)件尺寸和截面配筋控制條件；在完成各算例框架的彈塑性建模后依次輸入7條罕遇水準(zhǔn)地面運(yùn)動(dòng)記錄，完成非彈性動(dòng)力反應(yīng)分析。
　?、壑饕牧炕ぷ靼ǎ?/p>

3、分析統(tǒng)計(jì)各算例框架中節(jié)點(diǎn)、邊節(jié)點(diǎn)的有效梁端抗彎能力超強(qiáng)系數(shù)范圍；用“細(xì)化分析”方法逐時(shí)點(diǎn)地識(shí)別各算例框架柱端彎矩比例變化值，即罕遇地震非彈性彎矩比例相對(duì)于多遇地震彈性彎矩比例的變化；
　?、芴接戇呏S力變化對(duì)柱出鉸影響程度，并嘗試對(duì)形成該影響程度的原因作出解釋。
　　基于以上研究工作，得出主要結(jié)論如下：
　?、僦藦澗卦龃笙禂?shù)要能達(dá)到減緩柱端在罕遇地震作用下進(jìn)入屈服的目的，其取值必須在挖掘設(shè)計(jì)可靠性基礎(chǔ)上包括兩類增大幅

4、度，一類是罕遇地震作用形成的總體作用彎矩增幅，可等效為構(gòu)件的抗彎能力超強(qiáng)；另一類是因節(jié)點(diǎn)柱彎矩比例變化導(dǎo)致某一柱端作用彎矩的進(jìn)一步增幅。
　?、诟魉憷蚣芙Y(jié)構(gòu)的罕遇水準(zhǔn)層間位移角均不超過(guò)規(guī)范限值2%，且大部分不超過(guò)1.5%，表明我國(guó)框架結(jié)構(gòu)抗震控制總體上是有效的。從梁、柱出鉸的角度來(lái)看，9度區(qū)框架基本實(shí)現(xiàn)了“強(qiáng)柱弱梁”目的；7度區(qū)框架柱普遍受最小配筋率控制，增大了柱的抗震抗彎能力，柱出鉸率也在可接受范圍內(nèi)（35%以內(nèi)）；值得引起注

5、意的是，8度區(qū)框架柱出鉸率偏大且算例KJ3在某些地震波下形成了層側(cè)移機(jī)構(gòu)，足以說(shuō)明這一設(shè)防分區(qū)框架結(jié)構(gòu)柱端彎矩增大系數(shù)取值有待提升。
　?、弁ㄟ^(guò)邊柱比中柱的屈服率較明顯偏小或者塑性發(fā)育程度明顯偏小，以及軸力差異很大兩根邊柱在時(shí)程反應(yīng)中的屈服時(shí)刻比較一致的現(xiàn)象，證明邊柱軸力大幅度變化沒(méi)有導(dǎo)致柱端形成過(guò)多塑性鉸。并從三方面解釋了這一現(xiàn)象的根本原因。進(jìn)一步確認(rèn)本論文分析?c構(gòu)成時(shí)可不考慮軸力變化。
　?、芰涸阢q低烈度區(qū)框架結(jié)構(gòu)的較

6、高樓層的“超強(qiáng)”過(guò)于嚴(yán)重，這是與罕遇地震分析中低烈度區(qū)較高樓層不出鉸的原因。本文認(rèn)為對(duì)這種情況可不追求“強(qiáng)柱弱梁”?；蛘哒f(shuō)，本文認(rèn)為柱端彎矩增大系數(shù)?c不能脫離罕遇水準(zhǔn)地震，?c的作用應(yīng)該是盡可能保證柱不在此水準(zhǔn)出鉸，而不是一定嚴(yán)格地讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)處柱端抗彎能力之和大于梁端抗彎能力之和。另外，對(duì)于梁端抗彎能力超強(qiáng)不嚴(yán)重的節(jié)點(diǎn)，讓柱端抗彎能力之和大于梁端抗彎能力之和1.2倍的做法，也可能因沒(méi)有充分考慮柱端彎矩比例變化這一重要因素，從而不能避免

7、柱端在罕遇地震作用下出鉸。故此，對(duì)規(guī)范9度一級(jí)框架和一級(jí)框架結(jié)構(gòu)規(guī)定的“實(shí)配法”持保留態(tài)度。
　　⑤本文分析仍存在算例框架結(jié)構(gòu)數(shù)量有限，未考慮結(jié)構(gòu)周期等特性對(duì)罕遇地震下柱端彎矩比例與多遇地震下柱端彎矩比例變化取值的影響，以及對(duì)算例框架各柱端取同一的數(shù)值作為該烈度區(qū)框架的彎矩比例變化代表值等局限性。如有更多研究單位的分析結(jié)果積累，將會(huì)為判斷這一變化的合理取值提供更全面參考。
　?、拊谀壳笆褂玫闹袊?guó)設(shè)計(jì)規(guī)范中，傳統(tǒng)觀念認(rèn)為各項(xiàng)抗

8、震措施的具體指標(biāo)應(yīng)按三級(jí)、二級(jí)、一級(jí)抗震等級(jí)的順序逐級(jí)提高；但本文及有關(guān)文獻(xiàn)的近期研究發(fā)現(xiàn),在柱端彎矩增大系數(shù)?c的合理取值問(wèn)題上，若想不同抗震等級(jí)（或更準(zhǔn)確說(shuō)不同設(shè)防烈度分區(qū)）的框架達(dá)到類似的柱屈服區(qū)發(fā)生比例，上述傳統(tǒng)思路就有可能不再適用。經(jīng)本文從構(gòu)成因素識(shí)別及量化分析得到的?c近似值從7度0.10g到9度0.40g區(qū)分別為2.0、1.7、1.7、1.8、1.7。本文得出比規(guī)范取值普遍偏大的?c建議值，是基于各烈度區(qū)框架具有良好的等抗

9、震性能的前提，其柱端出鉸率基本均可控制在15%左右。若工程上考慮可適度降低結(jié)構(gòu)的性能標(biāo)準(zhǔn)，如柱出鉸率控制可適度放松，則得到的?c建議值也相應(yīng)地減小。根據(jù)上述研究結(jié)果，本文對(duì)一級(jí)框架識(shí)別的?c與抗震規(guī)范規(guī)定取值接近，故可保持該取值不變；建議將二級(jí)抗震等級(jí)?c提到與一級(jí)抗震等級(jí)相同的1.7；三級(jí)框架主要靠柱抗震最小配筋率要求在截面設(shè)計(jì)承載力基礎(chǔ)上提高了配筋量，這給?c的合理取值判斷增大了難度。因?yàn)槿糁恍》忍岣?c值，柱配筋若仍由最小配筋率

10、控制，則?c的這種提高將毫無(wú)作用。因此若想進(jìn)一步降低柱屈服比例，?c可能應(yīng)至少提至1.6。
　　本論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：
　?、?gòu)臉?gòu)成因素上提出對(duì)我國(guó)柱端彎矩增大系數(shù)?c量化的分析方法。
　?、趯?duì)罕遇地震下柱端彎矩分配比例進(jìn)行了逐時(shí)點(diǎn)的識(shí)別，并統(tǒng)計(jì)了所有屈服時(shí)段內(nèi)其與彈性彎矩比例的比值，大致給出了各烈度區(qū)典型框架這個(gè)變量的取值。
　?、圩R(shí)別出罕遇地震動(dòng)力時(shí)程反應(yīng)中柱反彎點(diǎn)不在柱段內(nèi)的情況，基本出現(xiàn)在頂部樓層，因?yàn)槠鋵?duì)應(yīng)