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钢筋混凝土框架结构“强梁弱柱”式破坏机制研究

作　者: 单慧敏
导　师: 戴君武
学　校: 中国地震局工程力学研究所
专　业: 结构工程
关键词: 钢筋混凝土框架结构强梁弱柱破坏机制地震作用非线性分析
分类号: TU375.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 353次
引　用: 2次
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内容摘要

在四川汶川5.12地震中,钢筋混凝土框架结构的震害相当严重,特别是结构抗震设计所极力避免的“强梁弱柱”式柱端破坏机制,导致大量钢筋混凝土框架结构房屋产生了严重的破坏甚至倒塌,造成大量人员伤亡和财产损失。针对这一问题,本文在参考大量的文献资料和对汶川地震中钢筋混凝土框架结构典型震害进行总结分析的基础上,利用有限元分析软件ABAQUS,以地震灾区某四层钢筋混凝土框架结构房屋为例,对比研究了该结构无楼板、带楼板、考虑不同翼缘宽度楼板等七种三维模型的非线性地震反应,较深入地探讨了现浇楼板以及板内配筋对钢筋混凝土框架结构“强梁弱柱”式破坏机制的影响作用。论文主要成果如下:1、总结分析了汶川地震钢筋混凝土框架结构的典型震害特点。在低烈度区,震害主要集中在填充墙等围护结构,主体结构很少有破坏;在高烈度的重灾区,钢筋混凝土框架结构房屋遭受到了严重破坏。结构震害可以归纳为以下几个方面:填充墙破坏、建筑物变形缝处碰撞破坏、楼板和楼梯破坏、梁柱等承重构件破坏、结构局部或整体倒塌等。从梁柱等主要承重构件以及结构倒塌来看,钢筋混凝土框架结构表现出明显的“强梁弱柱”式破坏机制。2、实现了钢筋混凝土框架结构“强梁弱柱”式破坏模式的数值模拟计算。通过对比分析混凝土各种本构模型的优劣,选取了可以较合理模拟结构损伤破坏过程的混凝土损伤塑性模型。考虑到在强地震动作用下结构可能出现严重的塑性变形进入高度非线性阶段导致数值计算收敛困难,本文采用显式积分方法,并选取了可以与此计算方法相协调的三维线性缩减积分单元。3、研究了现浇楼板及其板内配筋对钢筋混凝土框架结构“强梁弱柱”式破坏模式的影响规律。从模型结构的加速度和速度时程反应、顶层位移反应、层间位移角、层间剪力以及结构的损伤破坏等几个方面的分析对比来看,正是由于现浇楼板及其板内配筋对钢筋混凝土框架结构的贡献作用,结构才表现为较为明显的“强梁弱柱”式破坏模式。4、探讨分析了规范中框架梁设计时考虑楼板贡献相关条文的合理性。本文大量分析结果表明,规范中通过提高梁截面刚度来间接考虑楼板作用的设计思路,虽然在一定程度上可以提高框架梁的抗侧力刚度,但对结构破坏模式的改变效果甚微,在强地震动作用下,如此设计的结构仍将呈现出非常典型的“强梁弱柱”式破坏。建议设计分析时直接按实际情况考虑楼板及其配筋的贡献。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-17
  1.1 钢筋混凝土框架结构地震破坏研究现状  11-14
  1.2 “强梁弱柱”式破坏机制研究现状  14-15
  1.3 本文主要研究内容  15-17
第二章汶川地震钢筋混凝土框架结构震害概述  17-25
  2.1 填充墙破坏  17-18
  2.2 变形缝、楼板和楼梯破坏  18-21
  2.3 框架梁、柱及梁柱节点破坏  21-23
  2.4 结构倒塌  23-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章分析模型确定  25-35
  3.1 模型建立.  25-33
    3.1.1 模型概况  25-28
    3.1.2 模型材料本构关系  28-32
    3.1.3 模型有限单元选取  32-33
  3.2 分析模型验证  33-34
  3.3 阻尼矩阵确定  34
  3.4 本章小结  34-35
第四章楼板对“强梁弱柱”式破坏机制的影响  35-87
  4.1 模态分析  35-37
  4.2 非线性地震反应分析  37-84
    4.2.1 输入地震动选取  37-42
    4.2.2 加速度和速度时程反应  42-49
    4.2.3 结构位移反应及层间位移角.  49-59
    4.2.4 结构层间剪力  59-66
    4.2.5 结构损伤破坏  66-84
  4.3 本章小结  84-87
第五章结语与展望  87-91
  5.1 本文研究结论  87-90
  5.2 本文存在的不足及进一步工作  90-91
参考文献  91-95
致谢  95-96
作者简介  96

钢筋混凝土框架结构“强梁弱柱”式破坏机制研究

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