独立基础上带现浇楼板的RC框架子结构抗震性能研究

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结构设计时,一般假设底层柱固支,求得上部结构作用力,再将力反作用于地下基础进行基础设计,这未充分考虑地基土、基础和上部结构三者之间的相互作用。实际结构在遭受地震时不符合抗震设计中“强柱弱梁”屈服机制。本文基于Winkler地基模型,在独立基础侧面和底面分别布置橡胶-木块组合体,开展独立基础上带现浇楼板的钢筋混凝土框架子结构试验,评估结构抗震性能和屈服机制,同时通过数值模拟对试验结论进行验证和补充。本文制作了1个整体现浇带楼板的框架子结构,采用橡胶-木块组合体模拟弹性地基,进行了低周反复荷载试验,研究考虑土-结构相互作用下结构抗震性能。试验结果表明:试件破坏时,结构层间位移角为1/21~1/18;结构整体和层间位移延性系数在4.05~4.56;峰值荷载下中柱基础正负向转角分别为1/96和1/104,边柱基础正负向转角分别为1/100和1/118。通过与平面框架试验结果相比较,带板框架结构屈服点和峰值点荷载增大幅度分别为30.5%和16.2%,结构屈服机制已经由“梁铰机制”变为“部分梁铰柱铰机制”,边柱和中柱基础竖向加载位移差及基底反力值差缩小。采用ABAQUS软件建立有限元模型,将有限元分析结果和试验相比较,数值模拟结果和实际试验中滞回曲线及骨架曲线吻合良好,在加载初期,初始刚度误差在10%内,屈服荷载和峰值荷载模拟值与试验值相对误差在10%以内,屈服位移和峰值位移模拟值与试验值最大误差为25.5%。在两种支撑条件下,考虑土与结构相互作用模型(SSI模型)和底层固支模型(RFA模型)在初始加载阶段就开始出现差异,RFA模型初始刚度是SSI模型的3.1倍,屈服荷载和峰值荷载相差不大,相对误差分别为12.8%和0.8%,但特征点位移值偏差很大,屈服位移和峰值位移相对误差分别为166.0%和50%。采用ABAQUS软件对模型进行参数分析,主要参数有:基床系数、柱纵筋配筋率、柱轴压比和现浇楼板宽度,以研究考虑不同参数下滞回曲线、骨架曲线、屈服机制、破坏形态的差异。随着土体基床系数减小,在加载初期,结构初始刚度减小,屈服荷载增大,屈服位移增大,在加载后期,屈服位移增大,屈服荷载基本不变;柱纵筋配筋率的改变对结构滞回曲线和骨架曲线影响较大,随着纵筋配筋率的提高,框架的屈服荷载、屈服位移、峰值荷载和峰值位移均不同程度的增大;随着轴压比的增大,初始刚度略微降低,屈服位移增大,增大幅度在5%内,在加载中期,滞回曲线和骨架曲线逐渐吻合,在加载后期,随着轴压比的增大,结构荷载略微增大,增大幅度在5%内;随着楼板宽度的增大,在加载初期,初始刚度略微提高,屈服位移和屈服荷载均增大,增大幅度在10%内,在加载后期,随着楼板宽度的增大,结构荷载增大,增大幅度在33%~50%。
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