強震下鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)強柱弱梁的探討

王志鑫（濱州學(xué)院 建筑工程系）

強震下鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)強柱弱梁的探討

王志鑫
（濱州學(xué)院 建筑工程系）

隨著世界各地地震頻發(fā)，尤其是高烈度地震的發(fā)生，對鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在超設(shè)防烈度下的受力性能的研究越來越得到重視。很大一部分混凝土框架結(jié)構(gòu)的破壞是因為柱端先于梁端出現(xiàn)塑性鉸，而這會引起結(jié)構(gòu)的整體倒塌，本文分析了強震下強柱弱梁不能實現(xiàn)的原因。

鋼筋混凝土框架；強震；強柱弱梁

0 引言

近年來，世界各地地震頻發(fā)，并且發(fā)生了智利地震（里氏8.8級），海地地震（里氏7.0級），汶川地震（里氏8.0級），新西蘭地震（里氏7.8級）等多次特大地震， 2011年3月11日，日本當(dāng)?shù)貢r間14時46分，日本東北部海域發(fā)生里氏9.0級地震并引發(fā)海嘯，造成重大人員傷亡和財產(chǎn)損失。在抗震研究過程中，學(xué)者專家也開始更加關(guān)注強震下混凝土框架的受力性能，以及如何保證強震下，按現(xiàn)有理論設(shè)計的框架結(jié)構(gòu)能夠更好更完美的達到預(yù)期的設(shè)計目標。

1 鋼筋混凝土框架震害現(xiàn)狀

框架結(jié)構(gòu)震害包括結(jié)構(gòu)的整體倒塌、部分倒塌、薄弱層倒塌、底層柱的柱頂和柱底的彎曲破壞、短柱的剪切破壞．框架梁端的彎曲破壞，異形柱端破壞等等；此外原先抗震設(shè)計時不被注意的樓梯出現(xiàn)受拉破壞，有的甚至被拉斷；填充墻是框架結(jié)構(gòu)破壞嚴重的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件；圍護結(jié)構(gòu)的破壞。

2 強震下強柱弱梁不能實現(xiàn)的原因

我國規(guī)范通過一系列抗震措施來保證按多遇地震設(shè)計的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在強震下的受力性能，并提出了“小震可修，中震不壞，大震不倒”的設(shè)防原則，而“強柱弱梁”是一項重要的控制措施。然而，隨著近年來，特大地震的發(fā)生，通過對強震下框架結(jié)構(gòu)受力性能的研究發(fā)現(xiàn)，框架結(jié)構(gòu)在超設(shè)防烈度下，發(fā)生破壞的一個很重要原因是“強柱弱梁”不能按照設(shè)計的預(yù)期目標實現(xiàn)，在遭遇到強震時，會首先產(chǎn)生柱鉸甚至是完全按柱鉸機制破壞，由此引起了結(jié)構(gòu)的整體破壞，給生命和財產(chǎn)安全造成了重大威脅。

強柱弱梁不能完美實現(xiàn)的原因有：

2.1 梁端實際抗彎能力超強

2.1.1 構(gòu)造原因造成的梁端鋼筋超配

工程實踐中，與框架梁平行的一定寬度范圍內(nèi)的現(xiàn)澆板板筋起到參與抵抗支座負彎矩的作用，梁端抗負彎矩能力比原設(shè)計值增大，甚至?xí)霈F(xiàn)端部鋼筋超筋，混凝土規(guī)范規(guī)定應(yīng)考慮有效翼緣寬度的影響；跨中鋼筋通長，梁下部鋼筋伸入梁兩端支座，導(dǎo)致梁端抗正彎矩能力增大；跨中鋼筋通長，彎矩較小一端的梁下部鋼筋超過設(shè)計值；規(guī)范規(guī)定，框架梁梁端截面的底部和頂部縱向受力鋼筋截面面積的比值，一級抗震等級不應(yīng)小于0.5，二、三級不應(yīng)小于0.3，梁端下部縱向鋼筋超配；抗震設(shè)計時，梁下部受拉縱筋由最小配筋率控制時易產(chǎn)生超配；工程實踐中，梁上部縱筋貫通布置，易導(dǎo)致彎矩較小一側(cè)的梁端上部鋼筋超配。

2.1.2 人為原因造成的梁端鋼筋超配

工程設(shè)計階段，為保證安全富余度，設(shè)計人員通常加大構(gòu)件控制截面的計算配筋。但是，只增大梁端配筋，或者柱端配筋的增大比例不如梁端配筋時，會增大梁的實際抵抗玩具的能力，不利于強柱弱梁的保證，會出現(xiàn)柱端屈服，先產(chǎn)生柱鉸的情況。

2.1.3 梁筋和柱筋進入屈服后狀態(tài)程度的差異

梁縱筋采用短屈服平臺或者無屈服平臺的鋼筋時，在柱端先屈服出現(xiàn)塑性鉸的設(shè)計前提下，梁鉸中的縱筋將可能在一定程度上進入強化段。采用長屈服平臺的鋼筋時，即使梁端塑性鉸充分轉(zhuǎn)動，但梁中縱筋應(yīng)變可能仍未進入強化段。

2.1.4 材料強度離散性

工程材料強度通常存在離散型，由于這種不確定性，就會存在梁筋剛度偏高而柱筋強度偏低的情況，從而導(dǎo)致梁端抗彎能力增強，柱鉸先于梁鉸產(chǎn)生。

2.1.5 重力荷載組合控制時梁筋超配

某些抗震設(shè)防烈度較低的地區(qū)，荷載組合過程中，梁端及跨中縱筋受重力荷載起控制作用，由于跨中下部縱筋通長伸入支座，這導(dǎo)致梁端下部鋼筋亦由重力荷載為主的組合控制。從而梁端上、下部實際鋼筋用量超過地震作用組合控制的的鋼筋用量。

2.2 結(jié)構(gòu)動力導(dǎo)致的柱端彎矩增大或抗力減小

1)結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)過程中，內(nèi)力重分布導(dǎo)致柱反彎點位置的變化，柱兩端彎矩比以及節(jié)點處柱端彎矩比隨之產(chǎn)生變化，可能導(dǎo)致柱端彎矩超過其設(shè)計彎矩；

2)框架柱軸力受地震作用的影響，地震烈度越高，柱軸力會產(chǎn)生較大變化，邊柱及角柱更為明顯，當(dāng)柱軸力變小且處于大偏壓時，其截面抗彎能力將會減小。

2.3 地震動具有隨機性，梁柱抗彎承載力比受其影響。

2.4 其他影響因素，如結(jié)構(gòu)分析模型與實際情況不吻合，小震計算與大震下“強柱弱梁”機制的差異、工程材料強度的隨機性、結(jié)構(gòu)幾何尺寸效應(yīng)、結(jié)構(gòu)荷載的不確定性，以及填充墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的影響等。

3 結(jié)語

通過對近幾年地震的發(fā)生后的震害統(tǒng)計和調(diào)查發(fā)現(xiàn)，很大一部分混凝土框架結(jié)構(gòu)的破壞是因為柱端先于梁端出現(xiàn)塑性鉸，而這會引起結(jié)構(gòu)的整體倒塌。正如前文中討論的那樣，強柱弱梁在實際過程中不能實現(xiàn)，是由各種或是構(gòu)造，或是人為原因造成的，因此，我們應(yīng)該針對這些原因，采取具體的措施，來降低這些原因的影響，使實際結(jié)構(gòu)能夠按照預(yù)期設(shè)計的強柱弱梁來實現(xiàn)，而這也是現(xiàn)在研究的熱點。

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G322

B

1007-6344（2016）04-0288-01

濱州學(xué)院青年人才創(chuàng)新工程項目（BZXYQNLG201401）；濱州學(xué)院服務(wù)地方項目（BZXYFB20140803）

王志鑫，男，助教，主要從事工程結(jié)構(gòu)抗震及防災(zāi)減災(zāi)研究