基于损伤可控的防屈曲支撑RC框架结构的子框架梁抗震性能研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:hulaxiazai
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地震作为一种自然灾害会造成严重的人员伤亡和财产损失,防屈曲支撑(BRB)作为一种耗能支撑已成为建筑结构消能减震的重要手段之一,近年来无论在新建RC框架结构还是既有RC框架结构加固都有越来越广泛的应用。增设防屈曲支撑可以显著减小主体框架结构的地震反应,从而有效避免主体框架结构在大震作用下发生严重破坏或倒塌。当前框架结构设计主要考虑了支撑附加轴力对子框架抗震性能的不利影响,然而在大震作用下,子框架还会承受支撑附加弯矩和节点开合效应的影响,上述附加力复合作用致使子框架实际的受力状态可能与仅考虑附加轴力影响时差别较大,从而导致子框架先于支撑发生破坏。并且,采用传统节点板连接方法时,子框架受力状态比较复杂,导致其损伤难以被准确地预测和控制。因此,本文提出了一种基于损伤可控的RC子框架设计思路,即通过滑移节点板连接方法和子框架梁柱损伤控制方法相结合,并通过3个防屈曲支撑RC梁柱组合件拟静力试验以及相应的数值模拟和参数分析验证该子框架损伤可控设计思路的有效性。
  本文研究的主要内容及结论如下:
  (1)在第2章分析传统节点板连接方法时发现子框架梁柱处于复杂的受力状态,在此基础上提出采用滑移节点板连接方法来有效地简化RC子框架梁柱的受力状态;为了有效地控制子框架梁柱损伤,基于节点板与子框架梁柱之间不同相互作用下子框架梁柱的受力状态,分析了节点板相邻梁段内塑性铰外移机理,提出了子框架不同连接构造下将塑性铰外移至节点板端部的设计方法,并提出对预期的塑性铰位置进行箍筋加密或加强措施,确保塑性铰具有足够的延性;在此基础上,采用软化拉-压杆模型及牛腿设计方法对节点板相邻梁柱不连续区域(D区)抗剪承载力进行设计,确保D区具备良好的受力性能。
  (2)在第3章和第4章中,为了验证提出的子框架损伤可控设计思路的有效性,分别对1个采用传统节点板连接和2个采用滑移节点板连接的足尺比例防屈曲支撑RC梁柱组合件抗震性能进行了拟静力试验。试验结果表明,滑移节点板连接方法能够较好地释放RC梁柱的变形约束,从而有效地简化RC子框架梁的受力状态,并减轻RC子框架梁的破坏程度,有效降低了对子框架梁柱损伤的控制难度;采用传统节点板连接方法和采用滑移节点板连接方法时,改进锚板的抗剪设计和附加转移塑性铰纵筋均能使子框架梁塑性铰有效外移,子框架梁损伤主要集中于节点板外侧梁塑性铰部位;子框架梁D区未发生剪切破坏和弯剪破坏,其损伤程度较轻,表明D区按照软化拉-压杆模型及牛腿设计方法进行抗剪承载力设计是合理的。
  (3)在第5章中,基于拟静力试验研究结果,采用ABAQUS有限元软件对RC子框架梁抗震性能进行数值模拟和参数分析,考察滑移节点板连接的螺栓预拉力及附加转移塑性铰纵筋配筋率对RC子框架梁受力性能和损伤情况的影响。数值模拟和参数分析结果表明,建立的有限元分析模型能够较好地模拟RC子框架梁的受力性能和损伤情况;螺栓预拉力的大小会显著影响节点板与子框架梁柱之间切向约束的释放程度,对于滑移节点板连接方法,螺栓预拉力取0.3倍的规范规定值较为合理;较大的附加转移塑性铰纵筋配筋率会使节点板相邻梁柱区域表现出一定的整体性,本文采用的附加转移塑性铰纵筋的配筋设计方法是偏于保守的。
  本文研究成果有助于充分发挥防屈曲支撑对RC框架结构的耗能减震效果,为我国高烈度区耗能减震结构安全性提供更可靠的科学依据和理论保障。
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