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汶川地震中大量钢筋混凝土结构房屋柱端严重破坏甚至引起房屋倒塌,没有形成“强柱弱梁”破坏机制。没有形成“强柱弱梁”破坏机制的主要原因一般认为有梁筋超配和钢筋屈服强度超强以及地震作用的复杂性等等。本文认为除以上因素外,现行设计中“在建筑结构的两个主轴方向分别计算水平地震作用并进行抗震验算,各方向的水平地震作用应由该方向抗侧力构件承担”的地震作用计算和抗震验算方法没有考虑斜向地震作用也是产生“柱铰机制”破坏的主要原因之一。此外,楼板中钢筋参与承担梁端负弯矩工作也是其主要原因。目前,对于钢筋混凝土框架梁柱(带板)节点多进行平面内单向作用下的试验研究,因此,本文在国内外研究的基础上对钢筋混凝土框架梁柱(带板)节点在斜向地震作用下的破坏机理及抗震性能进行了理论分析和试验研究,内容概况如下:
1.从力学分析的角度出发,对圆形截面、矩(方)形截面钢筋混凝土框架空间中柱节点、边节点和角节点处梁、柱截面沿斜向的抗弯强度关系进行了分析,阐述了空间节点在斜向地震荷载作用下的工作机理。
2.钢筋混凝土框架中柱空间节点的抗震性能研究。通过对三个钢筋混凝土框架空间梁柱节点进行低周反复荷载作用下的试验,深入研究了空间节点的破坏形态、滞回曲线、刚度退化、滞回耗能、位移延性等抗震性能以及变形组成分析和柱主筋应变变化等,得出了空间节点在斜向地震荷载作用下的破坏模式,确定了节点的抗震性能。利用简化计算方法对柱截面斜向压弯承载力进行了计算并讨论了提高简化计算方法计算精度的方法。此外,在试验构件截面弯矩-曲率分析的基础上,结合试验观察到的柱梁塑性破坏区域长度,对梁端弯曲位移进行了计算分析。
3.钢筋混凝土框架带板中柱空间节点的抗震性能研究。通过对一个钢筋混凝土框架中柱空间梁柱节点和一个带现浇楼板空间节点在平面内施加低周反复荷载以及对一个带板空间节点在斜向施加低周反复荷载,深入研究了空间节点在平面内加载和斜向加载下的破坏形态,滞回性能等抗震性能。在对负弯矩区梁翼缘有效宽度研究的基础上,结合规范给出的计算公式对“T”形截面梁的正截面承载力进行了分析。
4.利用非线性有限元分析软件ABAQUS对斜向加载下的空间节点及带板节点试验进行数值分析,并将有限元分析结果与试验研究结果进行对比。通过有限元参数仿真分析,研究了斜向地震作用下轴压比、配筋率、截面尺寸等对节点承载力性能及“强柱弱梁”破坏机制的影响。