钢筋混凝土梁式托柱结构的抗震性能研究

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由于建筑功能的需要和不断丰富,转换结构在结构中得到很广泛的应用。梁式托柱结构作为一种转换结构形式,其特点是柱直接立于梁上,不与下部框架柱贯通,因此它的抗震性能需要专门研究。  本文在充分认识梁式托柱转换结构的特点和受力机理的基础上,通过数值模拟分析了钢筋混凝土梁式托住转换结构的地震反应行为,揭示了柱刚度以及转换梁上托框架层数对梁式托柱转换结构的影响规律。具体研究内容如下:  (1)建立了含有梁式托柱转换结构的钢筋混凝土框架结构有限元模型,研究了结构平面内地震响应行为,并分析了柱截面和梁上托框架层数对结构抗震性能的影响。研究表明:当梁上托相同层框架时,柱的剪力、轴力和弯矩基本随着柱截面的增加而增加,梁的剪力和弯矩也随之增加,但变化幅度不明显,当柱截面为某一固定值时梁的内力变化明显;当梁上托不同框架层数时,即当柱传递下来的荷载增大时,梁和柱的内力随柱截面的增大而明显增大。  (2)建立了梁式托柱框架结构的空间有限元模型,研究了平面外地震作用下结构的抗震性能。研究结果表明:梁上托相同框架层数时,柱底端剪力和弯矩随柱刚度的增大而增大,梁的扭矩随柱刚度的增大而减小,但梁的剪力和弯矩变化程度很小;梁上托不同层数时,梁、柱的内力均随着柱截面的增大而增大,且增大趋势明显。  (3)建立了可以考虑塑性损伤的梁式托柱节点精细化有限元模型,分别对节点模型施加平面内和平面外的循环荷载,对梁式托柱节点的受力性能进行模拟分析。研究表明:当施加平面内循环荷载时,随着柱截面尺寸的增加,柱的损伤区域不向柱端发展,而梁的损伤区域由梁、柱交接面向梁的跨中受拉区发展,且梁柱的受拉损伤皆严重于受压损伤;当施加平面外循环荷载时,随着柱截面尺寸的增加,柱的损伤没有向柱端进一步发展,而梁的损伤则由梁柱交接处向梁两侧腹部发展,且损伤愈加严重,梁和柱的受拉损伤依然严重于受压损伤。  通过本文的计算分析可以发现,随着柱刚度的增加,梁、柱的内力有增加的趋势,柱的损伤减缓,而梁的损伤却更加严重。因此,对于梁式托柱结构不必做到强柱弱梁,而在此转换结构中,转换梁的重要性要大于柱。  对于柱截面的选择而言,柱的截面宽度宜稍小于梁的截面宽度,但不应过小,并且应按规范中框架柱的尺寸范围要求来确定。
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