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建筑结构设计过程中抗震设计是一个十分重要也必不可少的环节,尤其对高抗震设防烈度区。目前我国工程结构抗震的基本思想可概括为:三水准设防,两阶段设计。其他国家除了由设防目标和设计标准不同而使结构安全性方面出现或高或低的差别外,结构抗震的基本设计方法和思路都与我国大同小异。
应该指出的是上述抗震设计方法都是建立在当前工程结构常用的强度较低、延性较好的普通建筑材料基础之上的。以此为基础建立的抗震理论其最大特点就是利用结构的塑性变形能力来吸收和消耗地震能量从而达到抗震设防的目的。经过多年的发展和完善这一理论已经相对成熟,通过正确合理设计和施工的建筑结构一般能满足抗震设防的要求。然而,大震作用下由塑性变形引起的结构过度的损伤、破坏及震后过大的残余变形是用普通材料建造的结构所无法避免的。
为了解决上述问题可以通过在结构关键构件中配置高强钢筋的被动控制减震技术来实现。本文以两榀柱中配置普通和高强钢筋的两跨三层框架为研究对象,通过低周反复的拟静力荷载试验,分别从试验现象、滞回特性、变形能力、刚度等方面比较了两榀不同配筋框架抗震性能的差异。
通过试验结果及理论分析对比,得出如下结论:
1、按照规范设计的普通钢筋框架,尽管遵守了“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”等抗震设计要求,但仍无法避免柱脚部位塑性铰的出现,最终破坏时梁柱节点部位损伤比较严重,卸载后结构残余变形较大。
2、在柱中配置高强钢筋后,可以有效控制结构的损伤模式及塑性铰的分布,避免了柱底截面出现过大塑性变形,使框架结构的破坏形式更加趋于合理的梁铰整体破坏机制,从而大大减小了结构在罕遇地震作用下倒塌的几率,提高了结构的抗震能力及地震中结构的生存能力。
3、由于在荷载作用下柱中的高强钢筋一直处于弹性阶段,利用其较强的弹性恢复能力可以明显的减小结构的残余变形,损伤程度也比普通框架大大降低,从而使结构震后的修复和加固工作变的更为简单。
4、从安全储备角度讲,柱中配置高强钢筋的框架可以有效提高结构的承载力安全储备,这与普通框架依靠变形能力来变相提高结构的安全储备相比,可以更加有效的抵抗意外荷载的作用,提高结构在意外荷载下的生存能力。
综上所述,框架柱中用高强钢筋替代普通钢筋,可以在总造价提高很少的情况下,有效的改善结构各方面的受力性能,综合提高结构的抗震能力,对工程结构抗震有着积极的意义。