考虑楼板约束效应对梁轴向伸长影响的RC框架梁设计方法研究

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在水平地震作用下钢筋混凝土(RC)框架梁会发生轴向伸长,但楼板对梁轴向伸长的约束作用使得梁内产生轴力、导致梁端抗弯能力得到显著提高。而在实际工程中按《混凝土结构设计规范》设计时往往忽略了梁内轴力,只考虑了弯矩、剪力对其进行设计计算,却没有考虑轴力与弯矩之间的相关性,这将会导致梁在地震作用下有更高的鲁棒性,从而影响RC框架结构“强柱弱梁”设计准则的实现。因此,无论从研究层面还是工程应用的角度,都亟需对梁内轴力变化规律及产生原因展开深入研究。本文研究的主要内容如下:(1)为研究楼板的存在对梁伸长和梁轴力的影响,运用有限元软件分别建立有无现浇楼板的单层1×1跨的RC框架结构模型,对比两个模型的基底剪力、梁柱端钢筋应力、梁轴向伸长量和梁轴力。结果表明:楼板对梁轴向伸长有很强的约束作用,此约束作用导致梁内产生较大的轴力,且梁内轴力在梁负弯矩端为数值较大的轴压力,在侧向荷载作用下,梁负弯矩端梁的轴压力沿着梁跨逐渐减小,到梁正弯矩端梁内轴力转变为较小的拉力。(2)为明确楼板约束梁轴向伸长作用的影响因素,针对楼板板厚、梁跨高比以及梁板抗弯刚度比对梁伸长量和梁内轴力的影响,在有限元软件中建立了四组共25个三层3×3跨的RC框架结构模型,进行静力推覆分析。分别得到这三种因素对梁伸长量以及梁内轴力的影响规律,结果表明:此三种因素均对楼板约束梁伸长作用有显著的影响,梁伸长量随着楼板板厚的增大、梁跨高比的减小、梁板抗弯刚度比的增大而减小。(3)基于25个模型的梁伸长量数据,按框架梁所受约束程度的不同,以楼板板厚、梁跨高比和梁板抗弯刚度比为变化参数,经数值回归分析得到了适用于不同框架梁的伸长量估算公式。并对25个模型的梁伸长量与梁轴力数据进行回归分析,建立梁轴力与梁伸长量间的关系式,联立两个公式能够简单估算出梁内轴力,从而进一步提出考虑梁内轴力的梁配筋调整建议。(4)考虑梁内轴力对框架梁配筋方案的调整,分别采用规范设计方法和改进设计方法对某个RC框架结构算例进行配筋设计,并建立这两个不同梁配筋的有限元模型,对比两个模型实现“强柱弱梁”设计准则的情况。结果为:采用改进设计方法的配筋量比按规范设计的配筋量有较大幅的减少;按改进设计方法配筋的RC框架模型能更好地实现“强柱弱梁”设计准则。
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