基于梁铰机制的柱端弯矩增大系数取值及影响因素研究

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中国抗震规范通过柱端弯矩增强系数将柱、梁抗弯承载力拉开一定差距,同时配合其它抗震措施,保证结构在强震作用下形成合理的耗能机制。研究和实践表明,级差系数的大小是控制结构整体反应及合理耗能机制形成的关键,2010版抗震规范在前规范的基础上,对各级框架“强柱弱梁”系数均作出较大提高,通过该水平的增大系数调整后设计的框架结构在大震水平的地震作用中理论上将形成以梁铰为主的耗能机制,但仍不能避免柱端塑性铰的产生。为研究各级框架满足大震下柱端不屈服的理想“梁铰机构”时所需的真实级差系数,本文严格按照现行规范设计了7度0.1g区、7度0.15g区、8度0.2g区、8度0.3g区以及9度0.4g区五个典型平面框架,控制柱子纵筋在大震下保持弹性,其它构件和材料正常模拟,建立非线性反应模型,通过此模型在大震下的内力和反应水平确定所需的柱纵筋面积,以达到此水准的柱子配筋为目标计算抗震规范公式6.2.2-1和6.2.2-1中调整系数的真实需求。为充分考虑地震波的随机性,各框架分别选取三十条地面运动记录进行计算,对数据分布及统计结果进行汇总,在此基础上给出各烈度区框架级差调整系数的建议取值。最后,本文按建议的调整系数重新设计算例框架,对框架进行了大震水准的非线性反应分析,考察框架整体及局部反应情况,验证评价建议系数的控制水平。通过以上工作,主要得出下述结论:①按照抗震规范公式6.2.2-1进行柱端弯矩调整,中间节点与边节点所需放大系数η c大小不同,边节点的η c需求较中间节点偏小,中间节点随楼层增加对η c的需求增大的趋势明显,且烈度区越低该变化幅度越大,用统一数值难以全面满足结构各部分需求。②低烈度区(7度0.1g及7度0.15g)节点左右梁端设计值均为负弯矩的情况较为普遍,中间节点的∑Mb偏小,按照规范6.2.2-1调整公式所需的柱端弯矩增大系数较规范现有取值(1.3)差距较大,但由于有最小配筋率等构造条件控制,该项不足一定程度上被掩盖。③采用梁端实配抗震抗弯承载力作为基准进行柱端弯矩级差调整时,中间节点与边节点对增大系数η bua的需求差距较小,且η bua沿楼层的分布变化不大,对板钢筋变化不敏感,与采用梁弯矩设计值调整的方法相比有更好的控制效果。
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