第六章钢筋混凝土框架构件设计2016.ppt

在框架结构中 塑性铰出现在梁上较为有利 在梁瑞出现的塑性铰比较容易实现 此外 梁具有较好的延性 塑性铰出现在柱中 很容易形成破坏机构 成为不稳定结构而倒塌 在抗震结构中应绝对避免出现这种被称为软弱层的情况 柱的延性较小 柱子破坏将引起严重后果 不易修复甚至引起结构倒塌 1 梁铰机制 整体机制 优于柱铰机制 局部机制 一 钢筋混凝土框架结构抗震性能分析 要保证框架结构有一定的延性 就必须保证梁 柱构件具有足够的延性 钢筋混凝土构件的剪切破坏是脆性的 或者延性很小 因此 构件不能过早剪坏 钢筋混凝土框架梁 柱的承载力必须 强剪弱弯 2 弯曲 压弯 破坏优于剪切破坏 一 钢筋混凝土框架结构抗震性能分析 耗能能力用往复荷载作用下构件或结构的力 变形滞回曲线包含的面积度量 在变形相同的情况下 滞回曲线包含的面积越大 则耗能能力越大 对抗震越有利 梁的耗能能力大于柱的耗能能力 构件弯曲破坏的耗能能力大于剪切破坏的耗能能力 钢筋混凝土小偏心受压柱的延性和耗能能力显著低于大偏心受压柱 主要是因为小偏压柱相对受压区高度大 延性和耗能能力降低 3 大偏压破坏优于小偏压破坏 一 钢筋混凝土框架结构抗震性能分析 梁 柱核芯区的破坏为剪切破坏 可能导致框架失效 在地震往复作用下 伸人核芯区的纵筋与混凝土之间的粘结破坏 会导致梁端转角增大 从而增大层间位移 4 不允许核芯区破坏以及纵筋在核芯区的锚固破坏 一 钢筋混凝土框架结构抗震性能分析 1 强柱弱梁汇交在同一节点的上 下柱端截面在轴压力作用下的受弯承载力之和应大于两侧梁端截面受弯承载力之和 实现塑性铰先出在梁端 推迟或避免柱端形成塑性铰 二 延性框架抗震设计概念 2 强剪弱弯梁 柱的受剪承载力应分别大于其受弯承载力对应的剪力 推迟或避免其剪切破坏 实现延性的弯曲破坏 核芯区的受剪承载力应大于汇交在同一节点的两侧梁达到受弯承载力时对应的核芯区的剪力 在梁 柱塑性铰充分发展前 核芯区不破坏 伸入核芯区的梁 柱纵向钢筋 在核芯区内应有足够的锚固长度 避免因粘结 锚固破坏而增大层间位移 3 强核芯区 强锚固 二 延性框架抗震设计概念措施 提高和加强柱根部以及角柱 框支柱等受力不利部位的承载力和抗震构造措施 推迟或避免其过早破坏 4 局部加强 二 延性框架抗震设计概念措施 5 限制柱轴压比 加强柱箍筋对混凝土的约束 钢筋混凝土梁应按适筋梁设计 在适筋梁情况下 延性大小还有差别 混凝土相对受压区高度大的截面曲率延性小 反之 相对受压区高度小 则延性大 1 梁截面配筋与延性 一 梁截面抗弯设计 双筋矩形截面适筋梁的相对受压区高度可以用下式计算 因此 为实现延性钢筋混凝土梁 应限制梁端塑性铰区上部受拉钢筋的配筋率 同时 必须在梁端下部配置一定量的受压钢筋 以减小框架梁端塑性铰区截面的相对受压区高度 一 梁截面抗弯设计 框架梁的受弯承载力用下式验算 2 梁截面抗弯验算 有地震作用组合时 无地震作用组合时 一 梁截面抗弯设计 一 二 三级抗震框架的梁端箍筋加密区的箍筋量要满足强剪弱弯的要求 1 剪力设计值 框架梁的箍筋加密区截面如图示 箍筋量的计算以弯矩平衡计算得到的剪力作为剪力设计值 二 梁的抗剪验算 抗震等级为一 二 三级框架的梁端箍筋加密区剪力设计值按下式计算 一级框架结构及9度时尚应符合 式中 Vb 梁端剪力增大系数 一级取1 3 二级取1 2 三级取1 1 二 梁的抗剪验算 无地震作用组合时 2 受剪承载力验算 有地震作用组合时 由于梁端部出现交叉斜裂缝 抗震设防的框架梁 不用弯起钢筋抗剪 因为弯起钢筋只能抵抗单方向的剪力 二 梁的抗剪验算 1 最小截面尺寸2 相对受压区高度和纵向钢筋最小配筋率3 梁端箍筋加密区要求4 箍筋构造 三 构造措施 三 构造措施 截面剪力设计值不符合下列要求时需加大截面尺寸或提高混凝土强度等级 2 相对受压区高度和纵向钢筋最小配筋率 在竖向荷载和往复水平荷载作用下钢筋混凝土框架柱的大量试验研究表明 柱的破坏形态大致可以分为下列几种形式 弯曲破坏 剪切受压破坏 剪切受拉破坏 剪切斜拉破坏和粘结开裂破坏 大偏压柱的压弯破坏延性较大 耗能能力强 柱的抗震设计应尽可能实现大偏压破坏 1 剪跨比 剪跨比反映了柱端截面承受的弯矩和剪力的相对大小 柱的剪跨比定义为 一 影响柱延性耗能的主要因素 剪跨比大于2的柱称为长柱 其弯矩相对较大 长柱一般容易实现压弯破坏 剪跨比不大于2 但大于1 5的柱称为短柱 短柱一般发生剪切破坏 若配置足够的箍筋 也可能实现延性较好的剪切受压破坏 剪跨比不大于1 5的柱称为极短柱 极短柱一般会发生剪切斜拉破坏 工程中应尽量避免采用极短柱 一 影响柱延性耗能的主要因素 2 轴压比 柱的轴压比定义为柱的平均轴向压力与混凝土轴心抗压强度设计值与截面面积的比值即 一 影响柱延性耗能的主要因素 3 箍筋 框架柱的箍筋有三个作用 抵抗剪力 对混凝土提供约束 防止纵筋压屈箍筋对混凝土的约束程度是影响柱的延性和耗能能力的主要因素之一 约束程度与箍筋的抗拉强度和数量有关 与混凝土强度有关 约束程度同时还与箍筋的形式有关 一 影响柱延性耗能的主要因素 约束程度可以用一个综合指标 配箍特征值度量 式中 yv为箍筋的抗拉强度设计值 v为箍筋的体积配箍率 一 影响柱延性耗能的主要因素 1 轴力 弯矩设计值 无地震作用组合时 以及四级框架柱 取最不利内力组合作为轴力 弯矩设计值 有地震作用组合时 一 二 三级框架 柱的轴力取最不利内力组合值作为设计值 弯矩设计值要根据强柱弱梁及局部加强等要求调整增大 二 柱压弯承载力验算 根据强柱弱梁的要求 在框架梁柱连接节点处 上 下柱端截面在轴力作用下的实际受弯承载力之和应大于节点左 右梁端截面实际受弯承载力之和 按强柱弱梁要求调整柱端弯矩设计值 二 柱压弯承载力验算 在工程设计中 将实际受弯承载力的关系转为内力设计值的关系 采用了增大柱端弯矩设计值的方法 柱端组合的弯矩设计值应按下式计算确定 抗震等级为一 二 三级框架的柱一级框架结构及9度时尚应符合式中 c 柱端弯矩增大系数 一级取1 4 二级取1 2 三级取1 1 二 柱压弯承载力验算 为了推迟框架结构底层柱固定端截面屈服 一 二 三级框架结构的底层柱固定端截面组合的弯矩计算值 应分别乘以增大系数1 5 1 25和1 15 框架结构底层柱固定端截面 无地下室时是指基础顶面的固定端 有地下室时为地下室以上的首层柱的下端截面 框架结构柱固定端弯矩增大 二 柱压弯承载力验算 当框支柱的数目多于10根时 每根柱承受地震剪力之和不小于结构底部总剪力的20 当少于10根时 每根柱承受的地震剪力不小于结构底部总剪力剪力的2 弯矩设计值也按上述比例调整 轴力不调整 框支柱 二 柱压弯承载力验算 一 二级框支柱由地震作用引起的附加轴力应分别乘以增大系数1 5 1 2 计算轴压比时轴力不乘增大系数 一 二级框支柱的顶层柱上端和底层柱下端 其组合的弯矩设计值应分别乘以增大系数1 5和1 2 中间节点应满足上一条的要求 二 柱压弯承载力验算 按上述方法调整后的组合弯矩设计值再乘以不小于1 10的增大系数 角柱 二 柱压弯承载力验算 1 剪力设计值 一 二 三级框架柱两端和框支柱两端的箍筋加密区 应根据强剪弱弯的要求 采用剪力增大系数确定剪力设计值 即 一级框架结构及9度时还应符合 三 受剪承载力验算 2 截面受剪承载力验算 框架柱的受剪承载力按下列公式验算 当N 0 3fcbchc时 取N 0 3fcbchc 有地震作用组合 无地震作用组合 三 受剪承载力验算 当轴力为拉力时 受剪承载力降低 可将上式中最后一项改为 0 2N 当第一式右边的计算值或第二式右边括号内的计算值小于时 取等于 且不应小于 三 受剪承载力验算 有地震作用组合 无地震作用组合 梁柱节点受力简图 Vc Vj 6 4 梁柱节点核芯区抗震设计 一 剪力设计值 工程抗震设计中 仍然采用弯矩设计值代替受弯承载力 以简化计算 一 二级框架的梁柱核芯区的剪力设计值Vj按下式计算 核芯区剪力增大系数 一级取1 35 二级取1 2 一 剪力设计值 9度时和一级框架结构尚应符合 式中 Mb Mbua 分别为节点左右梁端弯矩设计值和按实配钢筋计算的抗震受弯承载力 三 四级框架和非抗震框架的核芯区 可不进行抗震验算 但应符合抗震构造措施要求 一 剪力设计值 框架梁柱节点核芯区截面的抗震受剪承载力按下式验算 9度抗震时 尚应满足 二 受剪承载力验算 为了避免核芯区过早出现斜裂缝 混凝土碎裂 核芯区的平均剪