多次地震灾 害表 明,采用现浇楼板 的钢筋混 凝土框架很 难实 现原抗震设 计所期望 的“强柱弱 梁”延 性 屈服机制 ,绝大多数 的裂缝损伤或塑性铰发生在框架柱 的端部 而非梁端 。基 于国 内外研 究现状与设 计规范 中 的规定 ,针对钢筋混凝土梁柱节点 中的楼板贡献 、柱端抗 弯承载力之 和与梁端抗弯 承载力之 和 的比值 选取 、水 平地震作用方 向的影响 、所用材料性能 强化 以及 框架柱所 承受轴 向力 的动 态变化 影响进 行分析 ,进 一步 了解 “强柱弱梁”屈服机制未能实现 的多方面 因素 。鉴于 目前此类问题常用抗 震加 固方法 的不足 ,介绍一种有效 可 行的框架梁端部负弯矩承载力弱化的抗震加固措施 ,可 以使得 既有带现浇楼 板的钢筋混 凝土框架 易于 出现 梁 端塑性铰 ,提高钢筋混凝土框架整体的延性能力 。 关键词 :钢筋混凝土框架 ; 强柱弱梁 ; 塑性铰 ; 楼板 ; 延性 破坏 中图分类号 :TU528.571 文献标识码 :A 文章编号 :2095-0985(2011)03-0254-05 钢筋混凝土(RC)框架结构在地震作用下 ,随 着结构刚度的不同,在强烈地震作用下 的最大响 应加速度可能是地 面最大加速度 的好几倍 ;如果 把结构设计成完全 弹性 的状态来抗震 ,那将是非 常不经 济的¨ 。为此 ,新西兰 Canterbury大学的 Park和 Paulay教授于上世纪 70年代开展 了基于 承载能力的结构抗震 设计方 法¨。这种方 法要 求对主要 的抗侧力体系选择合理的耗能机制 ,并 由此确定一定数量的耗能构件 ,通过这些构件在 强震下的屈服来消耗作用在结构上的地震能量, 从而使得结构体系的其余部分处在弹性或准弹性 阶段(具备较高 的安全储备 )。通常所选择 的耗 能构件是相对次要 的结构构件或者是专 门设计 的 耗能装置(如阻尼器 )。同时 ,在设计时通过严格 的计算与构造措施来提高这些耗能构件 的延性能 力。这种设计思想能够使设计者清楚地把握结构 在弹塑性阶段的抗震能力 ,目前已经在新西兰、美 国 、欧洲等相关的抗震规范中得到了体现。 1 问题 的提 出 针对 RC框架结构而言 ,最理想 的延性设计 是希望主要塑性铰最先全部出现在框架梁端部来 消耗地震能量 ,然后才是框架柱端部出现塑性铰, 即总体屈服机制 ,或称之为 “强柱弱梁”的破坏形 态 ;不希望 出现楼层屈服机制 ,即“强 梁弱柱”的 破坏形态 J。因此 ,在进行抗 震设计时 ,通过人 为地放大柱端弯矩 ,使得梁柱节点的弯矩 比系数 (节点位置柱端抗弯承载力之和与梁端抗弯承载 力之和的比值 )大于某个 超过 1的常数 。然而 , 汶川 5.12地震震害调查结果表明,在地震地面运 动强烈地区,多层 RC框架结构 中的柱子破坏严 重 。在严重损伤或局部倒塌地带现浇楼板建 筑中,损伤主要发生在柱上下端 ,特别是柱顶 (表 现形式是柱顶周围有水平裂缝 或交叉斜裂缝 ,严 重者会发生混凝土压溃 、箍筋拉断或崩开 ,纵筋压 曲呈灯笼状 ;或梁柱节点角部?昆凝土脱落 、纵筋压 曲,见图 1),几乎没有看 到通 常抗震设计 所预期 的“强柱弱梁”屈服机制。值得注意的是 ,在汶川 5.12地震 中,对于 没有楼板 或采用预 制楼板 的 RC框架 ,塑性铰或裂缝损伤理想地 出现在梁端部 (见图 2)。另外 ,根据其他 的一些地震 ,如 1994 年美国 Northridge地震 J、1999年 中国台湾地震 ¨ 都可以得到类似的结论 。 上述现象至少可以说 明,在地震灾害中柱端 受损的 RC框架 ,其梁柱 节点 的实 际弯矩 比系数 可能小于 1或者不是足够大,也 就是说梁端抗弯 承载力相对柱端较强。
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