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钢筋混凝土框架楼梯间抗震性能拟静力试验研究

作 者: 朱玉玉
导 师: 赵均
学 校: 北京工业大学
专 业: 土木工程
关键词: 框架结构 楼梯 滑动支座 抗震性能 拟静力试验
分类号: TU375.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 173次
引 用: 2次
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内容摘要


楼梯是建筑物的重要组成部分,但其在地震中经常发生严重的破坏,尤其是框架结构的楼梯。然而在我国关于楼梯结构的研究起步较晚,近年来虽已开展一些研究且相关规范、规程也增加了相关规定,但对楼梯抗震性能的了解还不够深入,尚缺乏系统研究。因此,急需对框架楼梯间的性能进行系统的试验与分析研究,提供设计建议,完善相关规范,并对其理论研究奠定试验基础。本文选取典型的普通框架结构底层楼梯间单元和一种设置滑动支座的框架楼梯间单元为研究对象,其中楼梯为常用的双跑板式楼梯,通过两种空间楼梯间试件的两点水平加载拟静力试验,研究分析二者的破坏过程与破坏特征、承载力、变形性能、耗能能力、刚度退化以及滑动支座的效果等抗震性能。通过试验,了解了两种框架楼梯间在水平和垂直双向荷载作用下初始裂缝的开展位置、裂缝形态、发展规律和试件破坏形态,确定了两种楼梯间的开裂荷载和极限荷载,分析了二者的强度和变形,比较了两种楼梯间的抗震性能。试验结果表明:1、普通框架楼梯间的楼梯构件参与抗侧力工作,一方面,楼梯各构件形成斜向支撑内力较大,作为第一道抗震防线首先开裂且均发生不同程度的破坏;另一方面,受楼梯的影响,框架结构中休息平台侧的框架柱易形成短柱,框架平面内的框架梁在其与平台板相连段承受梯板传来的斜向力较大,易发生剪切破坏。2、设置滑动支座的框架楼梯间的滑动支座将楼梯构件间的传力途径断开,其破坏机制与纯框架较相似,楼梯的梯板、平台板基本没有开裂,保证了楼梯作为安全岛的疏散、救援功能。表明滑动支座的滑动性能良好,能有效的改变楼梯间的受力状态。3、分析对比两种框架楼梯间的试验结果发现:普通框架楼梯间的楼梯参与抗侧力工作,提高了结构的承载力和刚度,但变形和耗能能力较小,延性也较差;而设置滑动支座的框架楼梯间的承载力和刚度虽有所减小,但变形性能和延性好,能发生较大的塑性变形,表明滑动支座改变了框架楼梯间的后期抗震性能。4、试验中梯板设置滑动支座的一端有沿竖向翘起的现象,且随试件侧移的增加梯板翘起愈多,因此本文建议采用简易滑动支座。本文还采用有限元软件ABAQUS对普通框架楼梯间试件进行了模拟,有限元的计算结果与试验结果吻合的较好,说明本文所建立的有限元模型较为合理。在此基础上,本文对框架结构及其楼梯的抗震设计提出了具体建议,为框架结构楼梯的理论研究和工程应用提供了参考。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-10
第1章 绪论  10-32
  1.1 引言  10-11
  1.2 本课题的相关背景分析  11-14
    1.2.1 我国地震震害概况  11
    1.2.2 建筑楼梯间震害分析  11-14
  1.3 楼梯研究现状  14-30
    1.3.1 楼梯概述  14-15
    1.3.2 钢筋混凝土结构的抗震设计方法  15-18
    1.3.3 框架结构楼梯间的设计现状  18-22
    1.3.4 钢筋混凝土楼梯国内外研究现状  22-29
    1.3.5 当前楼梯设计和研究的不足  29-30
  1.4 研究目的与内容  30
  1.5 本章小结  30-32
第2章 试验概况  32-48
  2.1 试件设计及制作  32-39
    2.1.1 试件设计  32-38
    2.1.2 试件制作  38-39
  2.2 试验加载装置  39-41
  2.3 试验加载制度  41-43
    2.3.1 试验竖向荷载的确定  41-42
    2.3.2 预加载  42-43
    2.3.3 正式加载规则  43
  2.4 试验量测内容和方法  43-46
  2.5 材料性能试验  46-47
    2.5.1 钢筋力学性能  46
    2.5.2 混凝土强度  46-47
  2.6 本章小结  47-48
第3章 试验结果  48-88
  3.1 试验过程及破坏形态  48-65
    3.1.1 试件 ST-1  48-55
    3.1.2 试件 ST-2  55-61
    3.1.3 两试件破坏机理及形态对比  61-65
  3.2 水平荷载实测值  65
  3.3 水平位移实测值  65
  3.4 实测滞回曲线与骨架曲线  65-69
    3.4.1 水平荷载与加载点位移间的关系曲线  66
    3.4.2 水平荷载与梯板轴向应变间的关系曲线  66-68
    3.4.3 水平荷载与滑动支座滑动位移间的关系曲线  68-69
  3.5 构件塑性区转角量测结果及其滞回曲线  69-71
    3.5.1 梯柱塑性区转角量测结果及其滞回曲线  69-70
    3.5.2 框架梁塑性区转角量测结果及其滞回曲线  70
    3.5.3 框架柱塑性区转角量测结果及其滞回曲线  70-71
  3.6 钢筋应变量测结果及钢筋应变滞回曲线  71-86
    3.6.1 梯梁钢筋量测结果及钢筋应变滞回曲线  72-75
    3.6.2 梯柱钢筋量测结果及钢筋应变滞回曲线  75-76
    3.6.3 梯板钢筋量测结果及钢筋应变滞回曲线  76-85
    3.6.4 框架柱钢筋量测结果及钢筋应变滞回曲线  85-86
  3.7 本章小结  86-88
第4章 试验结果分析与对比  88-110
  4.1 试件滞回性能及破坏过程分析  88-89
  4.2 试件承载力分析与对比  89-90
  4.3 楼梯间变形性能及受力分析与对比  90-93
    4.3.1 楼梯间水平位移及位移角  90-91
    4.3.2 设滑动支座楼梯间的滑动位移分析  91-93
  4.4 滞回耗能分析  93-97
  4.5 刚度退化分析  97-98
  4.6 强度退化分析  98-100
  4.7 楼梯各构件变形和受力性能分析与对比  100-105
    4.7.1 梯梁  100-101
    4.7.2 梯柱  101-102
    4.7.3 梯板  102-105
    4.7.4 平台板  105
  4.8 楼梯对楼梯间框架梁、柱的影响  105-107
  4.9 本章小结  107-110
第5章 普通框架楼梯间有限元分析  110-120
  5.1 通用有限元分析软件 ABAQUS 简介  110-111
    5.1.1 有限元法简介  110
    5.1.2 ABAQUS 简介  110-111
  5.2 材料及其本构  111-112
    5.2.1 混凝土的本构模型  111
    5.2.2 钢筋的本构模型  111-112
  5.3 钢筋混凝土框架结构楼梯间有限元模型  112-115
    5.3.1 普通框架楼梯间有限元建模  112-114
    5.3.2 模型的计算参数  114-115
  5.4 有限元计算结果与试验对比验证  115-118
    5.4.1 破坏特征对比  115-117
    5.4.2 骨架曲线对比  117-118
    5.4.3 承载力分析比较  118
  5.5 本章小结  118-120
第6章 框架结构楼梯间设计建议  120-122
  6.1 考虑楼梯的普通框架楼梯间设计建议  120-121
  6.2 设置滑动支座的框架结构楼梯间在考虑地震作用时的设计建议  121-122
结论与展望  122-124
参考文献  124-127
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  127-128
致谢  128

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 混凝土结构、钢筋混凝土结构 > 钢筋混凝土结构 > 框架
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