框架结构楼梯震害原因分析及加固和改进措施研究

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国内外几次地震造成了钢筋混凝土现浇楼梯的大量破坏,楼梯的严重破坏阻断了逃生的通道,而且震后楼梯的修复加固难度也比较大。2010年版规范颁布前,楼梯设计是作为斜梁承受竖向荷载,不考虑侧向刚度和对主体结构的地震作用影响。因此,在地震作用下楼梯的破坏原因、破坏过程值得进一步研究和总结,以期寻求今后设计和施工中能减轻或避免楼梯震害的方法。本文从R.C.框架结构的板式楼梯入手,展开以下研究:(1)钢筋混凝土楼梯震害总结及破坏机理分析。通过搜集国内外地震中钢筋混凝土建筑楼梯的震害现象,总结了钢筋混凝土结构房屋的现浇钢筋混凝土楼梯震害情况和基本规律;通过理论分析研究了楼梯参与主体结构抗震的破坏机理。(2)现有R.C.框架楼梯震害试验研究。结合传统设计方法,设计了一栋规则R.C.框架结构,选取底层楼梯间按1:3缩尺比例制作模型试件并进行了低周反复加载试验。通过试验现象总结了带楼梯R.C.框架模型在水平荷载作用下的破坏机制,楼梯在整个弹塑性变形中提供了明显的支承力,其抗侧刚度不可忽略,试验结果较好的验证了理论分析的准确性。(3)R.C.框架震损和既有楼梯加固方法及试验研究。根据理论分析,提出了震损楼梯和既有R.C.框架楼梯采用新增剪力墙、翼墙、支撑等增强楼梯间刚度的加固方法。对已破坏的模型试件采取加固措施,并进行了低周反复加载试验,试验结果证明了加固后楼梯间的抗震性能得到了显著的改善,加固效果明显,可为既有建筑和震损建筑楼梯加固提供依据。(4)新建R.C.框架楼梯改进措施及试验研究。通过采用滑动支座对R.C.框架楼梯模型进行改进,对该楼梯模型进行了低周反复加载试验,检验了上述构造措施的合理性与有效性,证明采取构造措施后显著地减少了楼梯对整体结构抗侧刚度的影响,避免楼梯构件形成“K”型支撑,使得结构计算分析简单易行。最后概述并分析评述了国内外R.C.框架结构板式楼梯构改进造措施,为新建建筑楼梯设计提供参考。(5)通过三种模型试验现象及数据的对比分析,总结了三种模型在破坏现象、抗震性能和设计思想的异同,并通过MSC.Marc有限元软件对三个试验模型进行有限元分析,分析结果均验证了试验结果的可靠性。最后,根据课题研究情况,提出了后期尚待研究的问题。
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