地震作用下考虑轴向约束效应的RC梁抗弯性能试验研究

发布时间：2020-04-18 02:26

【摘要】：RC框架梁周边构件约束其受弯开裂及屈服后的轴向伸长,导致梁产生轴力并显著影响其抗弯性能,有关此效应对结构地震反应影响的研究极为有限,但其很有可能导致“强梁弱柱”甚至结构倒塌。目前轴向约束效应对梁的抗弯承载力、抗弯刚度、塑性变形能力的影响尚不清楚,相关“强柱弱梁”的研究中结构的非线性分析未考虑梁轴向约束效应的影响,梁的实际抗弯承载力可能被严重低估,所建议的“柱端弯矩增大系数”可能仍无法保证结构在地震作用下实现预期的破坏模式。因此,无论从知识层面还是工程应用角度,都迫切需要对受轴向约束的RC框架梁抗弯性能开展系统和深入的基础性研究。本论文采用拟静力试验方法,开展地震作用下考虑轴向约束效应的RC框架梁抗弯性能的研究。分析RC框架梁受弯开裂和屈服后轴向伸长机理及影响因素,通过等效约束刚度梁柱子结构试验,探索轴向约束效应对梁抗弯承载力、抗弯刚度、塑性变形能力的影响,以及揭示其对不同纵筋配筋率的RC框架梁抗弯性能的影响规律。本文将为后续开展考虑轴向约束效应的RC框架结构抗震性能及强柱弱梁设计方法研究提供研究基础。通过试验结果对比分析,得到如下结论:(1)当加载到层间位移角δ=4%时,无约束试件1和试件3,伸长量分别为15.2mm(-17.1mm)和17.9mm(-19.0mm);有约束试件2和试件4,伸长量分别为6.0mm(-6.3mm)和5.4mm(-5.5mm)。(2)当层间位移角δ=5%时,有约束试件2的轴力达到488kN(482kN),轴压比达到0.18(0.17);有约束试件4的轴力达到392kN(392kN);轴压比达到=0.16(0.16)。显而易见,由于等效约束作用限制了轴向伸长,从而导致梁中产生不可低估的轴力。(3)有约束试件2比无约束试件1抗弯承载力提高了58.1%,有约束试件4比无约束试件3抗弯承载力提高了47.7%,同时有约束试件2相对于无约束试件1和有约束试件4相对于试件3的耗能能力、抗弯刚度都有大幅度提高,但塑性变形能力略微降低。(4)有约束低配筋率试件2的抗弯承载力提高幅度高于有约束高配筋率试件4的,轴向约束效应对低配筋率梁抗弯性能的提高幅度比高配筋率梁的更加显著。(5)基于试验发现轴向约束将增加节点区的抗剪需求。
【图文】：

框架结构,约束效应,梁轴

1.2 研究意义无轴向约束的 RC 梁在受弯开裂及钢筋屈服后将出现轴向伸长。但在框架结构体中，梁周边构件（包括现浇板）约束了此轴向变形，从而导致梁中产生不可低估的轴（图 1.1a），进而显著提高梁的抗弯强度（图 1.1b）。梁轴向约束效果已被有限的试验揭示[2]，，但在结构抗震研究领域并未引起足够的重视和系统、深入的研究。目前，由于试验研究的匮乏，轴向约束对梁的抗弯强度、刚度和塑性变形能力的响存在严重知识空白；梁轴向约束效应对 RC 框架结构地震响应（比如破坏模式）的响更不清楚。但是，在延性设计理念中，合理计算框架梁的抗弯承载力是实现“强剪弯”、“强柱弱梁”的设计起点。梁轴向约束所引起的梁抗弯承载力的提高，很可能导“强梁弱柱”现象，进而引起部分 RC 框架结构在汶川地震中倒塌（图 1.2）的原因一。因此，无论从知识层面还是工程实践角度，都需要对梁轴向约束效应的影响进行系列的基础研究。为此，本课题将采用试验研究，揭示在钢筋混凝土框架结构中真实在却被广泛忽视的周边构件对梁提供的轴向约束效应，探索轴向约束效应对梁抗弯性的影响。

框架结构,机制,轴向约束

1.2 研究意义无轴向约束的 RC 梁在受弯开裂及钢筋屈服后将出现轴向伸长。但在框架结构体中，梁周边构件（包括现浇板）约束了此轴向变形，从而导致梁中产生不可低估的轴（图 1.1a），进而显著提高梁的抗弯强度（图 1.1b）。梁轴向约束效果已被有限的试验揭示[2]，但在结构抗震研究领域并未引起足够的重视和系统、深入的研究。目前，由于试验研究的匮乏，轴向约束对梁的抗弯强度、刚度和塑性变形能力的响存在严重知识空白；梁轴向约束效应对 RC 框架结构地震响应（比如破坏模式）的响更不清楚。但是，在延性设计理念中，合理计算框架梁的抗弯承载力是实现“强剪弯”、“强柱弱梁”的设计起点。梁轴向约束所引起的梁抗弯承载力的提高，很可能导“强梁弱柱”现象，进而引起部分 RC 框架结构在汶川地震中倒塌（图 1.2）的原因一。因此，无论从知识层面还是工程实践角度，都需要对梁轴向约束效应的影响进行系列的基础研究。为此，本课题将采用试验研究，揭示在钢筋混凝土框架结构中真实在却被广泛忽视的周边构件对梁提供的轴向约束效应，探索轴向约束效应对梁抗弯性的影响。
【学位授予单位】：重庆科技学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU375.1

【参考文献】