RC框架结构扭转效应及梁柱节点地震破坏机理研究

发布时间：2020-08-13 21:43

【摘要】：框架结构因其良好的抗震性能和灵活的平面布置而广泛用于如学校、医院和办公楼等公共建筑中。空间布置灵活常导致结构平面不规则,较大的偏心率增加了结构的扭转效应,地震中加重了框架结构的震害。地震中框架结构首层梁柱节点容易发生剪切破坏,在较大地震作用下,角柱边柱节点区域先于中柱节点发生破坏。因此对框架结构在地震作用下的扭转效应规律和节点区域破坏机理进行研究具有重要的工程意义。本文以四栋框架结构扭转震害为例,着重分析了平面不规则对结构抗震能力的影响。然后从平面不规则判定准则、抗扭设计方法和构造措施三个方面,比较了《工业与民用建筑抗震设计规范》TJLL-78、《建筑抗震设计规范》GBJ11-89、《建筑抗震设计规范》GB50011-2001和《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中关于控制结构扭转条文的变革。继而以汶川地震中四川省剑阁县行政中心政府办公楼为原型,设计了一系列不同偏心率框架结构模型,并严格按照现行规范进行了结构设计,通过Abaqus建立了相应数值模型并进行结构弹塑性时程分析,并考虑到填充墙对框架结构扭转效应的不利影响,建立了填充墙有限元模型,进而研究偏心框架结构的扭转效应规律和其抗震性能。同时以芦山中学框架教学楼为例,针对在不同强度等级地震作用下框架结构首层梁柱节点应力分布规律、不同类型梁柱节点在地震作用下破坏状态的异同和节点区域水平箍筋体积配箍率对首层框架结构节点区域破坏情况的影响等问题进行了相关研究。本文获得以下研究成果:一是探究了偏心率对结构层间位移角和层扭转角的影响,基于本文设置的工况,量化偏心率增加值对结构层间位移角和层间扭转角的影响程度;二是基于ABAQUS弹塑性损伤模型分析不同偏心程度的框架结构抗震薄弱位置,分析偏心率对薄弱层框架角柱、边柱和中柱三种类型柱破坏状态的影响,量化偏心率的增加对这三种类型柱最大压应变的影响程度;三是提出增大角柱截面尺寸和提升角柱混凝土强度来提高角柱的抗侧刚度和承载力,进而提升结构的抗震性能和抗扭能力,量化分析了两种方法对不同偏心程度结构的抗扭能力和抗震性能影响程度;四是研究框架结构首层梁柱节点在不同强度等级地震作用下应力的分布规律和不同类型梁柱节点破坏状态的异同,并量化分析节点区域的水平箍筋体积配箍率对梁柱节点破坏状态的影响。
【学位授予单位】：中国地震局工程力学研究所
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU375.4;TU352.11
【图文】：

震性能会对地震灾害损失产生较大影响。框架结构平面不规则的主要原因在于功能布置和平面设计的需要。郭樟根等（2010）在汶川地震中的绵竹市公共建筑震害调查中发现建筑布置不规则会导致房屋产生扭转破坏，破坏严重的部位主要位于平面凹凸的角部、L 形平面角柱。填充墙布置不规则改变结构质量和刚度分布，导致结构出现薄弱部分的应力集中破坏。图 1-1 和图 1-2 分别为汶川地震北川县城遗址中的结构发生扭转破坏的北川大酒店接待中心和绿宝宾馆。平面不规则结构扭转效应的直观视觉就是结构在地震作用下不仅仅产生平动而且还发生扭转，在弹塑性状态时结构层扭转角还有可能发生随地震作用的增大而急剧增大的现象。此外现行规范中对框架结构与填充墙协同工作考虑不全面，计算时仅对结构周期进行折减来考虑填充墙的影响，然而根据地震经验教训可知，如果填充墙分布不均匀则会对结构产生较大影响。图 1-3 显示了汶川地震中有许多临街铺面由于门面没有填充墙，背面有填充墙而造成结构扭转破坏（韩军，2009）。因此研究平面不规则框架结构与填充墙在地震作用下的弹性及弹塑性反应规律具有现实意义。

震性能会对地震灾害损失产生较大影响。框架结构平面不规则的主要原因在于功能布置和平面设计的需要。郭樟根等（2010）在汶川地震中的绵竹市公共建筑震害调查中发现建筑布置不规则会导致房屋产生扭转破坏，破坏严重的部位主要位于平面凹凸的角部、L 形平面角柱。填充墙布置不规则改变结构质量和刚度分布，导致结构出现薄弱部分的应力集中破坏。图 1-1 和图 1-2 分别为汶川地震北川县城遗址中的结构发生扭转破坏的北川大酒店接待中心和绿宝宾馆。平面不规则结构扭转效应的直观视觉就是结构在地震作用下不仅仅产生平动而且还发生扭转，在弹塑性状态时结构层扭转角还有可能发生随地震作用的增大而急剧增大的现象。此外现行规范中对框架结构与填充墙协同工作考虑不全面，计算时仅对结构周期进行折减来考虑填充墙的影响，然而根据地震经验教训可知，如果填充墙分布不均匀则会对结构产生较大影响。图 1-3 显示了汶川地震中有许多临街铺面由于门面没有填充墙，背面有填充墙而造成结构扭转破坏（韩军，2009）。因此研究平面不规则框架结构与填充墙在地震作用下的弹性及弹塑性反应规律具有现实意义。

同工作考虑不全面，计算时仅对结构周期进行折减来考虑填充墙的影响，然而地震经验教训可知，如果填充墙分布不均匀则会对结构产生较大影响。图 1-3了汶川地震中有许多临街铺面由于门面没有填充墙，背面有填充墙而造成结转破坏（韩军，2009）。因此研究平面不规则框架结构与填充墙在地震作用下性及弹塑性反应规律具有现实意义。图 1-1 北川大酒店接待中心 图 1-2 北川县绿宝宾馆

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本文编号：2792563