大震作用下防屈曲支撑RC框架结构的子框架梁破坏模式控制

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防屈曲支撑具有优越、稳定的塑性变形能力和耗能能力,可以有效地减轻RC主体框架结构构件在大震作用下的损伤程度。然而,目前RC框架抗震设计并未合理地考虑大震作用下支撑对结构的作用对子框架抗震性能的不利影响,可能导致RC子框架梁柱先于支撑发生剪切或弯剪破坏,从而丧失支撑的耗能减震效果。大震作用下防屈曲支撑对子框架的作用主要体现在支撑附加轴力和附加弯矩以及节点开合效应。当采用传统节点板连接方法时,大震作用下防屈曲支撑上述附加力致使RC子框架梁柱受力状态比较复杂,其破坏模式难以被准确地预测和控制。本文采用滑移节点板连接来有效地简化和明确大震作用下RC子框架梁柱的受力状态,并合理地控制子框架梁的破坏模式。通过防屈曲支撑RC梁柱组合件拟静力试验研究、数值模拟和理论分析相结合的研究方法来明确大震作用下支撑附加力对子框架梁柱受力状态的影响程度,揭示采用滑移节点板连接时子框架梁剪切破坏和弯剪破坏机理。
  本文主要研究内容及结论如下:
  (1)在第二章中,分析了传统节点板连接方法时子框架梁柱承受复杂的受力状态,在此基础上提出采用滑移节点板连接来有效地简化RC子框架梁柱的受力状态,并考察了提出滑移节点板连接的合理构造和工作机理;依据滑移节点板连接对RC子框架梁受力状态的影响,提出子框架梁受力不连续区域(D区)的受力性能分析模型以及破坏模式控制思路,即采用软化拉-压杆模型对D区进行抗剪承载力设计并将梁端塑性铰外移至节点板端部梁段。
  (2)在第三章中,为了考察采用滑移节点板连接时大震作用下防屈曲支撑附加力对RC子框架梁受力状态和破坏模式的影响规律,开展4个足尺比例的防屈曲支撑RC梁柱组合件破坏模式拟静力试验,研究参数为子框架梁D区配箍特征值、D区纵向分布钢筋配筋率和塑性铰外移附加钢筋配筋率。试验结果表明,滑移节点板连接能够较好地释放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;采用现行抗震规范的普通梁抗剪设计方法时子框架梁D区发生了剪切破坏,其位移延性系数仅为2.89,而采用破坏模式控制方法时子框架梁D区未发生剪切破坏,其破坏程度显著降低,梁破坏部位被有效地转移至节点板外侧梁段,刚度退化减缓,耗能能力增强,位移延性系数达到4.53,为未采用破坏模式控制试件的1.6倍,验证了提出的子框架梁破坏模式控制方法的有效性。
  (3)在第四章中,基于拟静力试验研究结果,采用ABAQUS有限元软件对RC子框架梁破坏模式进行数值模拟和参数分析,考察梁D区截面纵向分布钢筋配筋率、D区体积配箍率和混凝土强度等设计参数对RC子框架梁的受力状态和破坏模式的影响。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破坏模式;当采用滑移节点板连接时,D区发生剪切破坏主要是由于压杆承载力不足引起;增大纵向分布钢筋配筋率和体积配箍率、以及提高混凝土强度均可以有效地提高梁D区抗剪承载力,但体积配箍率和混凝土强度对D区抗剪承载力影响更为显著。
  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RC结构抗震设计相关标准的修订提供理论基础,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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