钢筋混凝土框架结构振动台试验研究.pdf
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1、钢筋混凝土框架结构振动台试验研究 唐曹明 徐培福 肖从真 杨韬 田春雨 徐 自国 ( 中国建筑科学研 究院 建设部防灾研究中心 ) I 提要l本文通过三个首层层高不 同的钢筋混凝土框架结构模型振动 台试验,研 究 了楼层刚度突变对钢 筋 混凝土框架结构 的破坏过程和破坏形态的影响,结果表明:软弱层直接影响建筑结构 的破坏过程和倒塌模 式;控制楼层侧 向刚度不小于相邻上一层的 7 0 或不小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的 8 0 ;采用 楼层剪力与层 间位移比的方法来计算楼层侧 向刚度比,并以此方法判定结构的软弱楼层是合理的。 【 关键词】模型振动台试验钢筋混凝土框 架结构软弱层 1引言 在
2、地震工程实践中,人们逐步认识到对于一般 结构而言,应 允许结构进入非弹性阶段,因为要求 结构在 强烈地震 中仍然处于弹性阶段是很不经济 的,有时甚至是不可能的。为此 ,结构非弹性研究 在近几十年来获得 了迅速的发展;与此相 匹配,结 构试验工作也变为以破坏阶段为主 ;结构模型不断 增多,试验设备愈来愈大,外加干扰也愈来愈接近 于地震动。这一发展集 中表现在模拟地震动的大型 振动台上。 地震模拟振动台可 以很好地再现地震过程和进 行人工地震波的实验 ,它是在实验室中研究结构地 震反应和破坏机理的最直接方法。 为全面、直观地揭示层高不 同变化 引起楼层侧 向刚度 突变 的钢筋混凝土框架结构在地震作
3、用下 的反应特征、破坏过程和破坏形态,进行 了底层层 高不等的三个高层框架结构振动台模型试验 。 2模型设计 与加工 2 1试验相似关系 模型设计的关键就是要给出各相似常数之间关 系的相似条件 ,即物理条件、几何条件和边界条件 相似 ,本次振动 台试验所采用的主要相似关系见表 1 唐曹明,中国建筑科学研究院,建设部防灾研究中心 地址 :北京市北三环中东路 3 O号 o i l h 0 1 0 6 4 5 1 7 4 4 7 ,E ma i l :t a n g c a o mi n 1 6 3 t o m 表 l模型试验主要相似 比 物 相似比 物 相似比 理 量纲 ( 模 理 量纲 ( 模型
4、 : 性 型 :原 性 能 型) 能 原型) 几 长度 L L 1 : 1 0 动 周期 T 1 : 3 1 6 何 力 t 1 性 线位移 L 1 : 1 O 性 加速 L T 2 1 : 1 能 6 】 能 度 a 材 应变 】 1 : 1 荷 集中 F 1 : 1 2 0 料 载 力 P 性 应力【 a 】 F L 。 2 1 : 1 2 及 面荷 F L 。2 1 : 1 2 内 载 q 】 能 弹性模 F L 。2 1 : 1 2 力 力矩 F L 1 : 1 2 0 0 量 E 【 M 2 2模型设计 为尽量减小尺寸效应影响、同时考虑试验室振 动台等设备条件的实际情况, 本试验按
5、1 : 1 0几何缩 尺设计结构模型。因实际工程中建筑物一层常作为 公共场所层高变化较多,故本次试验三个高层 ( 十 层)框架模型的层高变化均设在一层,其一层层高 分别为 5 4 0 mm、6 8 0 mm 和 7 8 0 mm,其余九层层 高均为 3 6 0 mm。三模型结构的楼层相对刚度 比见 表 2 ,有关详细内容参见文献 3 】 。这里,模型二、 三均是按照 国家现 行有关规范 的规定进行计算配 筋的,即薄弱层的地震剪力乘 了 1 1 5的增大系数。 模型平面见图 1 ,剖面见图 2 。 表 2模型结构的楼层相对刚度比 计算方法 模型结构一 模型结构二 模型结构三 首层层高 5 4 0
6、 mm 6 8 0 mm 7 8 0 mm 层 间位移角 比法 1 2 5 0 8 6 0 6 5 等效剪切刚 度 比法 0 6 7 0 5 3 0 4 6 楼层剪力与 层间位移 比 0 8 7 0 4 9 0 3 2 法 4 3 8 0 0 8 0 0 8 0 0 - l 霜 磊 吕 - 8 8 _ 一 _ 一 _ 8 o 0 8 0 0 8 0 0 2 4 0 0 图 1 模型平面图 R i U 铺 = 嚣 _ 昌 o 苍 潼 辎 _ 0 导 U 誊 _ 铺 = 。 : 晷 殳 0 _ 罐 = 鞘 曩 暑晷 娶 8 0 0 8 0 0 0 2 4 0 0 图2剖面 图 鬟 巢 2 0 1
7、2年 3月第 9卷第 1期 深 圳土 木 与 建筑 表 6 各模型裂缝开展情况一览表 型 模型一 模型二 模型三 加载方 向,四、六、八、九层顶梁端产生竖向裂缝; 加载方向,一层顶梁、柱端出现裂缝; 加载方向,个别梁梁端、梁柱 1 5 0 g a l 垂直加载方向,三、四、七、八层顶各有一根梁梁 垂直加载方向,四、五、八层顶各有 节点处产生微细裂缝。 端产生竖向裂缝。 一根梁粱端出现裂缝。 加载方 向,各层梁端均有裂缝,原有裂缝发展; 加载方向,梁端裂缝增多; 梁端裂缝明显增多; 3 1 0 g a l 底层中间四柱柱顶出现贯通裂缝,角 垂直加载方向,继续产生梁端裂缝。 底层中间四柱柱顶出现裂
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