框架结构在汶川5.12大地震中的震害分析及抗震启示

列举了框架结构在汶川5.12大地震中的典型震害现象,重点调查了框架柱、梁柱节点,强梁弱柱及填充墙的震害特点,分析了框架结构未能实现强柱弱梁机制的原因,指出了提高框架柱抗震能力的措施及减轻填充墙地震破坏的对策.     

斜向地震作用下钢结构框架破坏机制研究

斜向地震作用是影响框架结构"强柱弱梁"破坏机制的重要因素之一,现行抗震规范钢框架强柱系数没有考虑斜向地震作用的影响。对框架节点受力分析表明:斜向地震作用时实现"强柱弱梁"的强柱系数应大于2~(1/2)。通过对钢框架模型的振动台试验和有限元数值模拟,研究了主轴方向强柱系数1.35的钢框架的破坏机制,表明在主轴方向地震作用下实现了强柱弱梁,而在斜向地震作用下,钢框架发生柱端破坏。建议钢框架结构抗震设计应考虑斜向地震作用的影响。     

CFRP加固半高填充墙短柱框架抗震性能试验研究

设置半高填充墙的钢筋混凝土框架结构在地震中极易发生短柱破坏,进而引起结构整体倒塌,为改善半高填充墙框架结构的抗震性能,制作了3组半高填充墙框架结构试验模型,采用不同方法对短柱外包(Carbon fiber reinforced polymer, CFRP)加固,分析了CFRP布条带加固模型和全包加固模型的延性系数、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力及破坏模式。试验结果显示：CFRP加固将半高填充墙框架结构的薄弱环节从短柱转移到填充墙,在填充墙完全破坏后框架结构表现为强柱弱梁型的节点破坏,外包CFRP加固将半高填充墙框架短柱破坏的脆性破坏模式转变为强柱弱梁型的框架延性破坏模式;全包加固后结构的初始刚度有所提高,条带加固可以大大提高结构的耗能能力,2种加固方法都能提高结构的延性和抗震性能。     

框架结构填充墙影响和强梁弱柱成因研究

由于对填充墙影响研究的不足,以及又不属于主体结构的一部分,通常将填充墙作为非结构构件,在抗震设计中往往被忽略,然而在地震中填充墙表现为主体结构构件,决定着整体结构的抗震性能,布置不当往往会导致结构薄弱层或扭转破坏;而对于无填充墙的框架结构在地震中更多的表现为"强梁弱柱"破坏,并未实现预期的"强柱弱梁"延性破坏机制。上述震害现象引起了研究人员极大重视,并开展了广泛研究。本文在系统总结国内外相关研究和深入分析的基础上,结合试验和实际震害,就填充墙对整体结构抗震性能的影响以及"强梁弱柱"的成因进行了研究,主要工作如下:(1)总体上填充墙的存在明显提高了整体结构的抗震性能。在试验基础上,对填充墙框架和空框架结构计算模型进行多遇及罕遇地震下的动力时程分析,对比了两个计算模型的楼     

汶川地震框架结构震害分析

根据汶川地震之后对汶川县和都江堰市的考察结果,介绍了框架结构房屋在房屋结构体系、填充墙、楼梯、柱、梁、玻璃幕墙、吊顶、通风设备和突出屋面附属构件的震害特征,并为增强框架结构房屋防震减灾能力提出6点建议:(1)保证"强节点弱构件"的实现,节点核芯区要加密箍筋和混凝土要浇筑密实;(2)实现"强柱弱梁"的设计与施工控制,可以增大框架柱截面尺寸,加大纵筋及箍筋配筋率;(3)要加强填充墙与框架梁柱的连接构造措施,可以选用轻质填充墙与框架柔性连接;(4)限制框架柱的轴压比,确保框架柱的塑性变形能力和框架结构抗倒塌的能力;(5)要重视非结构构件与主体结构的连接构造,避免玻璃幕墙、吊顶和通风设备等坠落伤人;(6)出屋面小房间可以将框架柱延伸上去或者做成钢木轻型结构,以防"鞭端效应"造成的破坏;(7)采用隔震与消能减震设计来减轻框架结构的震害。     

钢筋混凝土框架节点抗震性能研究进展

历次震害表明:在框架结构中,破坏多集中在节点和底层柱等部位.但是,在目前国内外设计规范中,没有对节点抗震性能进行明确的量化规定.通过国内外框架节点的震害实例及节点实验研究成果,总结了影响节点抗震性能的主要因素;对比分析了现有节点设计计算理论、设计方法及节点变形计算方法;给出了钢筋混凝土框架节点计算理论的最新进展.最后,提出了现阶段节点抗震研究需要解决的几个关键问题.     

抗震结构柱端塑性铰形成机制有限元分析

针对汶川地震中钢筋混凝土结构出现大量的脆性破坏,以抗震结构设计中的塑性铰为研究目标,应用ANSYS程序对框架结构中最易出现塑性铰的节点部位进行了有限元分析。计算中采用了钢筋单元与混凝土单元变形不协调模型。结果显示,引起柱端脆性破坏的原因在于节点部位梁与柱的刚度失衡,柱端延性下降。目前抗震设计规范中的"强柱弱梁"、"强剪弱弯"原则和相关措施,不能保证塑性铰一定出现在梁端,结构抗震设计中常用的本构关系模型有待改进。     

现浇楼板对框架梁受力影响的研究

为了寻找现浇钢筋混凝土框架结构在实际震害中出现的与“强柱弱梁”设计准则相悖的“强梁弱柱”破坏现象产生的原因．并深入研究现浇楼板对框架梁实际承载力产生“超强”影响的方式,采用ABAQUS对钢筋混凝土带楼板框架和空框架结构进行了侧向力作用下的非线性有限元模拟。通过对比塑性铰出现顺序、钢筋的应力应变变化、框架梁端曲率变化和考察带楼板框架中楼板钢筋的应力变化情况。提出楼板有效翼缘宽度的取值应考虑横向梁刚度和侧向位移等因素的影响。     

框架结构中现浇楼梯的抗震性能分析

本文研究了框架结构的楼梯在汶川地震中出现的多种震害状况,如梯段板的断裂,框架角柱的短柱破坏,楼梯间梯柱、平台梁和平台板等构件的破坏。结合《建筑抗震设计规范(GB 50011-2001)》部分规定和工程中楼梯的设计方法,分析了震害出现的原因,指出了GB 50011-2001规范中有关楼梯设计方法和构造措施的不足,给出了今后框架结构中楼梯设计和施工的相关建议。     

填充墙RC框架结构地震破坏机理及关键抗震措施研究

汶川8.0级特大地震等震害调查结果显示,通常被认为其抗震设计问题已经解决且具有较强抗震能力的RC框架结构,却突出地表现出"强梁弱柱"、"薄弱层"、"短柱失效"等一系列超出抗震设计初衷的灾难性破坏形式。本文以汶川漩口中学倒塌的RC框架结构教学楼的典型震害为背景,通过典型双跨填充墙RC框架结构单元伪静力试验及框架结构模型地震模拟振动台对比试验,结合理论分析和数值模拟,研究了填充墙对RC框架结构破坏机理的作用机制,分析了现浇楼板对实现"强柱弱梁"破坏机制的影响规律,提出了可有效改善RC框架结构抗倒塌机制的技术措施及设计建议。论文主要完成了以下工作:(1)以汶川漩口中学倒塌的教学楼为原型,设计完成了考虑楼板及填充墙影响的4个1/2缩尺的单层两不等跨填充墙RC框架结构模型伪静力试验,研究了2类填充墙材料、3种布置方式对框架结构整体强度、刚度及延性的影响规律,揭示了填充墙及现浇楼板对框架结构不同地震破坏模式的作用机理。(2)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,采用DIANA非线性有限元分析程序,实现了填充墙与框架间相互作用模拟;分析了填充墙与RC框架结构的相互作用机理,研究了填充墙对典型双不等跨RC框架结构破坏及倒塌模式的影响规律。(3)基于填充墙RC框架结构伪静力试验结果,结合理论分析及非线性有限元数值模拟,系统研究了填充墙RC框架结构中的"短柱"破坏机理。选取实际工程中常用的粘土砖、加气砌块、蒸压砖等3种砌体材料,定量研究了不同填充墙砌筑材料、墙-框界面刚度及填充墙布置高度对RC框架结构"短柱"破坏模式的影响规律,提出了可实现避免短柱破坏的理论判别公式及设计措施。(4)研究提出了可显著提升框架结构整体抗倒塌能力的现浇楼板四角与梁柱有限断开的抗震设计措施。按现行规范设计制作了2个2×2跨、1/5缩尺的4层填充墙RC框架结构模型,通过地震模拟振动台对比试验,验证了横向两不等跨RC框架结构中填充墙及现浇楼板对破坏模式的不利影响;通过振动台试验与伪静力试验及实际震害现象对比分析,揭示了现浇楼板以及填充墙对框架结构破坏模式的作用机理;通过两RC框架结构模型破坏模式对比试验及非线性数值模拟分析,进一步证实规范中试图提高柱端弯矩增大系数的设计方法并不能有效实现预期的"强柱弱梁"破坏机制,而现浇楼板四角与梁柱有限断开的措施可明显提高框架结构的整体抗震性能,有效延迟框架柱的破坏。     

Study on the effect of the infill walls on the seismic performance of a reinforced concrete frame

Motivated by the seismic damage observed to reinforced concrete (RC) frame structures during the Wenchuan earthquake, the effect of infill walls on the seismic performance of a RC frame is studied in this paper. Infill walls, especially those made of masonry, offer some amount of stiffness and strength. Therefore, the effect of infill walls should be considered during the design of RC frames. In this study, an analysis of the recorded ground motion in the Wenchuan earthquake is performed. Then, a numerical model is developed to simulate the infill walls. Finally, nonlinear dynamic analysis is carried out on a RC frame with and without infill walls, respectively, by using CANNY software. Through a comparative analysis, the following conclusions can be drawn. The failure mode of the frame with infill walls is in accordance with the seismic damage failure pattern, which is strong beam and weak column mode. This indicates that the infill walls change the failure pattern of the frame, and it is necessary to consider them in the seismic design of the RC frame. The numerical model presented in this paper can effectively simulate the effect of infill walls on the RC frame.     

汶川地震对建筑结构设计的启示

汶川大地震造成了大量房屋建筑的破坏。本文通过对钢筋混凝土结构和砌体结构的震害研究、非结构构件的震害分析以及典型震害进行的调查归类分析,探讨了此次地震对建筑结构抗震设计的启示,总结了经验并给出了以下相关的建议：（1）适当提高抗震设防标准。（2）房屋建筑设计要更好实现“强柱弱梁”机制：改进加强楼梯间设计：进一步研究非结构构件与主体结构的连接。（3）进一步推广隔震技术。     

汶川8.0级特大地震极震区不同结构形式建筑物震害简析

对汶川地震中极震区的现场震害调查资料进行了统计分析,分析了钢筋混凝土框架结构、砖混结构、底框架结构3种结构形式的破坏特征和受损原因。分析表明,经抗震设防的房屋震害明显低于未经抗震设防的房屋,实现了预期的抗震设防目标;在经抗震设计的房屋中,钢筋混凝土框架结构的表现是最好的,其次是砖混结构,表现最差的是底框架结构。     

计算模型对框架结构梁柱内力影响研究

结构抗震设计的基本原则之一是保证"强柱弱梁",但汶川地震等大量实际震害表明这一抗震设计目标并未能很好地实现。针对此问题,已开展大量研究,探讨了楼板、填充墙以及梁、柱、板配筋等因素对形成"强梁弱柱"的影响。本文则从计算模型方面,即结构分析中广泛采用的模型、精细有限元模型和楼板与梁分别考虑的模型,对梁柱内力影响进行了对比研究。结果表明,计算模型对梁、柱弯矩比有较大影响,是形成"强梁弱柱"的重要影响因素。     

钢筋混凝土平面框架结构拟动力有限元分析

采用ABAQUS软件建立2层1榀1跨钢筋混凝土平面框架结构的三维实体精细有限元模型进行拟动力分析,模型考虑混凝土的塑性损伤和钢材的弹塑性混合强化性质、结构阻尼和连续地震引起的塑性损伤累积效应.在位移、恢复力的计算结果与已有拟动力试验结果符合较好的基础上,进一步分析该平面框架的结构损伤、塑性耗能分配机制以及混凝土、钢筋的...     

强柱系数基于结构易损性的抗震性能评估

增大柱端抗弯承载力是抗震"能力设计"措施中引导钢筋混凝土框架结构形成梁铰型有利耗能机构的关键措施。本文以6层确定性钢筋混凝土框架结构为分析对象,通过结构易损性分析评估了不同强柱系数取值对钢筋混凝土框架结构抗震性能的影响。结构易损性分析表明增大柱端抗弯承载力是改善结构抗震性能的有效措施,增大强柱系数提高了结构的变形能力,使不同破坏极限状态之间形成较大的"梯度",对防止强烈地震作用下结构的突然倒塌提供了预示。结构易损性曲线对评估结构抗震性能、选用合适的目标强柱系数提供了量化标准。     

钢框架结构的地震损伤研究

基于预定损伤法对钢框架构件主要设计参数进行损伤敏感度分析,研究主要设计参数与钢框架结构梁、柱损伤的关系;揭示钢框架结构梁、柱的损伤及梁、柱线刚度比、结构高宽比、柱轴压比、锈蚀率对楼层损伤的影响规律;获得楼层的损伤与整体结构损伤的关系,最终建立钢框架结构的损伤演化模型。研究成果可为建立地震激励下钢框架结构的损伤模型提供理论基础和数据支持。     

装配式人工消能塑性铰框架-摇摆墙抗震性能研究

为提高装配式钢筋混凝土(RC)框架结构的抗震性能,并针对震后梁、柱构件损伤严重等问题,提出一种基于人工塑性消能铰的装配式混凝土框架-摇摆墙结构.人工消能塑性铰即梁、柱构件在梁端采用机械铰及附加耗能钢板连接的构造,基于该构造的框架结合底部铰接的剪力墙,形成人工消能塑性铰框架-摇摆墙结构.使用OpenSEES软件建立了人工...