为什么“强柱弱梁”未能在历次地震中体现？

为什么“强柱弱梁”未能在历次地震中体现？ (2009-12-29 21:52:33)

转载

标签： 杂谈

分类： 一丁抗震防灾

为什么“强柱弱梁”未能在历次地震中体现？

——兼论“强柱弱梁”一定不可能实现
不管是海城地震，还是唐山地震或者汶川地震，在人们苦心打造的框架节点中，“强柱弱梁”的愿望都未能实现。
不管梁柱节点柱加箍不加箍，加多少箍，柱还是出现灯笼状破坏，φ12@75的箍筋，配箍不可谓不强吧，还照样灯笼状破坏。

 

现行规范的措施，2010规范的措施，依然不可能做到“强柱弱梁”的实现。
 
为什么实现不了“强柱弱梁”的原因：
梁柱受力特征不同
楼板影响
框架梁跨度和荷载过大使梁截面尺寸增大
梁端超配筋和钢筋实际强度超强
柱轴压比限值规定偏高
梁柱可靠度的差异
 
 
现浇钢筋混凝土梁和楼板形成一个二维构件单元,其平面内刚度和强度要比一维的柱子构件大得多,受力特征完全不同于柱。楼板对柱子形成双向约束,在两向水平地震作用下,柱截面处于复杂的双向受力状态，会降低柱的承载力。
 
楼板的影响
　　　楼板与框架梁一起现浇，两者结合良好，共同工作能力强，可显著提高框架梁的抗弯刚度和抗弯承载力
　　　主要体现在两方面：
　　　梁端承受正弯矩时，楼板和框架梁共同组成T型截面，增加了框架梁的受压区宽度，进而增加梁端抗弯承载力和抗弯刚度。
　　　梁端承受负弯矩时，楼板内的配筋相当于增加了框架梁的负弯矩筋，会显著增强框架梁的抗负弯矩承载力。
 
我国工程设计的一些实际做法是，在考虑楼板对框架梁抗弯刚度提高方面，一般将中梁和边梁的刚度分别放大到原框架梁矩形截面刚度的2倍和1.5倍。
　　　框架梁抗弯刚度增大后，由结构分析得到梁端弯矩相应增大，但所增加的配筋全部配置在梁截面内，楼板仍按自身受力另外配筋。
　　　而在计算 “强柱弱梁”条件时，通常不考虑楼板内的钢筋。
 
即使不考虑其它因素使框架梁超配，仅楼板配筋因素造成的超配，对大多数二级和三级框架，都会超出规范规定的柱端弯矩增大系数；
　　　如果考虑其它因素导致框架梁超配筋，则对一级框架也可能会不满足强柱弱梁要求。
 
目前，考虑楼板影响时 “强柱弱梁”设计的两种思路：
　　　一种是，计算梁截面抗弯承载力时不考虑楼板翼缘，代之以提高柱梁强度比，间接考虑楼板的贡献。
　　　另一种是，维持现行规定的柱梁强度比值，而在计算梁截面抗弯承载力时，将楼板所提供的有效抗弯能力折算成一定有效翼缘宽度参与框架梁受弯。
　　　后一种方法可靠。
　　　有效翼缘宽度：一般取梁每侧6倍板厚
 
梁柱刚度比过大，无法形成“强柱弱梁”的原因：
　　一是，当梁柱刚度比超过一定值，在水平侧向力作用下，框架柱相对弯矩增幅会大于框架梁相对弯矩增幅（相对弯矩=M/Mu），框架柱会先于框架梁达到抗弯承载力而出铰；
　　二是，当层间剪切变形达到一定程度后，即使框架柱端纵筋不屈服，柱端混凝土压应变也会达到极限压应变而发生破坏，导致柱端抗弯承载力降低。
　　再加上P-D效应，使结构无法再形成“强柱弱梁”屈服机制。
 
端超配筋和钢筋实际强度超强
在强震作用下，框架结构实现“强柱弱梁”的条件是，
                　　　SMcua≥SMbua
规范为简化计算，用设计弯矩M代替实际受弯承载力Mua
 
《抗规》6.2.2条文说明指出，当梁端实配钢筋不超过计算配筋10%的前提下，满足(1a)式可在一定程度上减缓柱端的屈服。
　　因此，应用(1a)式是有前提的，即梁端实配钢筋不能超配过多。
 
导致梁端钢筋超配因素
(1) 楼板中配筋未考虑。
(2) 结构内力分析计算简图按构件轴线考虑，计算梁端配筋时取柱轴线处计算弯矩，而在验算(1a)式时，SMb取用梁端截面设计弯矩，则会造成“超配”。
 
导致梁端钢筋超配因素
(1) 楼板中配筋未考虑。
(2) 结构内力分析计算简图按构件轴线考虑，计算梁端配筋时取柱轴线处计算弯矩，而在验算(1a)式时，SMb取用梁端截面设计弯矩，则会造成“超配”。
(3) 框架梁配筋由裂缝或变形条件控制，而在(1a)式计算时， SMb仍取用梁端截面设计弯矩，也会造成“超配”。
(4) 梁底配筋由梁跨中正弯矩控制时，跨中梁底钢筋过多伸入梁端柱内锚固，导致梁端正弯矩钢筋超配。
(5) 梁端实配钢筋通常大于计算钢筋，如超配10%，超过规范(1a)式的条件，也导致“超配”。
 
柱轴压比限值规定偏高
　　这次地震中，框架结构的柱子看上去大多太细，以致于框架柱极容易出铰，甚至发生“折断”
 
导致这一结果的原因是，由于业主和建筑师总是希望柱子越小越好，因此框架柱截面尺寸往往都是紧扣轴压比限值。
 
《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2002）柱轴压比限值定得过高，导致框架柱截面尺寸偏小，使得在以下几方面降低实现“强柱弱梁”机制的可能性：
　　　(1) 框架柱截面尺寸偏小，框架柱端抗弯力臂较小，不利于保证柱端受弯承载力。
　　　(2) 正常使用状态下，框架柱处于高受压应力，地震力作用下混凝土宜先达到极限压应变产生压坏。这次震害调查中，看到的所谓柱端塑性铰大多是混凝土压坏和钢筋压屈现象，至于钢筋是否受拉屈服，无法通过肉眼观测确认。
　　　(3) 因轴压比限值高，底部框架柱轴压力已基本接近界限轴力，当遭遇罕遇地震，柱轴力会进一步增大，可能超过界限轴力而成为小偏压，这会导致柱抗弯承载力的降低，使柱端实际受弯承载力不满足(1)式要求。
 
梁柱可靠度的差异
　　在正常使用情况下，结构主要承受竖向荷载，框架梁在弯矩作用下因各种因素影响而出现问题的现象较多。
而在正常使用情况下，框架柱主要以承受压力为主，通常压应力值不大、弯矩也不大，出现问题的现象较少。
因此，工程中一般对梁的关注多于柱。
　　但地震作用下，框架柱是主要抗侧力构件，在地震引起的弯矩与轴压力复合作用下，框架柱的问题才会暴露出来。

分享

0

顶