土木工程畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)

1、.文獻(xiàn)綜述鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)1.前言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、科技進(jìn)步、建筑要求的提升，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在建筑行業(yè)得到了迅速發(fā)展。隨著建筑造型和建筑功能要求日趨多樣化，無(wú)論是工業(yè)建筑還是民用建筑，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中遇到的各種難題日益增多，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以其界面高度小自重輕，剛度大，承載能力強(qiáng)、延性好好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各國(guó)工程中，特別是橋梁結(jié)構(gòu)、高層建筑及大跨度結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域，已取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。而框架結(jié)構(gòu)具有建筑平面布置靈活、自重輕等優(yōu)點(diǎn)，可以形成較大的使用空間，易于滿足多功能的使用要求，因此，框架結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)用甚廣。為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力，框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱

2、彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)錨固”。2.現(xiàn)行主要研究2.1預(yù)應(yīng)力裝配框架結(jié)構(gòu)后澆整體節(jié)點(diǎn)與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)具有相同的抗震能力;鋼纖維混凝土對(duì)減少節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋用量有益,但對(duì)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度、延性和耗能的提高作用不明顯。與現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)相比,預(yù)應(yīng)力裝配節(jié)點(diǎn)在大變形后強(qiáng)度和剛度的衰減及殘余變形都小;節(jié)點(diǎn)恢復(fù)能力強(qiáng);預(yù)制混凝土無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力拼接節(jié)點(diǎn)耗能較小,損傷、強(qiáng)度損失和殘余變形也較小。裝配節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能受具體構(gòu)造影響很大,過(guò)去進(jìn)行的研究也較少,一般說(shuō),焊接節(jié)點(diǎn)整體性好,強(qiáng)度、耗能、延性等方面均可達(dá)到現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)水平;螺栓連接節(jié)點(diǎn)剛度弱,變形能力大,整體性較差。因此,這一類節(jié)點(diǎn)連接如應(yīng)用于抗震區(qū),需做專門抗震設(shè)計(jì)。2.2地震破壞鋼筋混凝土在

3、地震破壞過(guò)程中瞬態(tài)震動(dòng)周期逐步延長(zhǎng)，地震動(dòng)的低頻成分是加劇結(jié)構(gòu)破壞的主要因素，峰值和持時(shí)也是非常重要的原因。瞬態(tài)振型的變化與結(jié)構(gòu)的破壞部位直接相關(guān)。結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程中，瞬態(tài)振型參與系數(shù)變化不大。結(jié)構(gòu)瞬態(tài)振動(dòng)周期延長(zhǎng)加劇時(shí)，結(jié)構(gòu)的整體耗能能力增大，結(jié)構(gòu)瀕臨倒塌時(shí)，基本失去耗能能力。結(jié)構(gòu)破壞過(guò)程中，位移時(shí)程與破壞構(gòu)件百分比的變化與地震的峰值的出現(xiàn)密切相關(guān)。破壞構(gòu)件百分比是表征結(jié)構(gòu)破壞與倒塌的指標(biāo)。地震動(dòng)的幾個(gè)特征對(duì)結(jié)構(gòu)破壞影響均很大。2.3異性柱框架結(jié)構(gòu)抗震性能異形柱框架結(jié)構(gòu)與矩形柱框架結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性差別小。 雖然異形柱的截面抗扭極慣性矩比矩形柱小得多，但異形柱框架結(jié)構(gòu)的樓層角位移比矩形柱框架結(jié)構(gòu)的樓

4、層角位移只稍大些，而且異形柱的扭矩值比對(duì)應(yīng)的矩形柱的扭矩值要小得多。 異形柱框架結(jié)構(gòu)與矩形柱框架結(jié)構(gòu)在輸人地震波方向的各層線位移都差別不大，但另一個(gè)垂直方向的各層線位移，異形柱框架結(jié)構(gòu)要大些。L形柱與對(duì)應(yīng)矩形柱的桿端剪力相比，在一個(gè)方向的桿端剪力值差別不大，但另一個(gè)垂直方向的桿端剪力相差很大，而T形、十字形柱與對(duì)應(yīng)的矩形柱相比，兩個(gè)方向的桿端剪力皆相差不大。2.4鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法根據(jù)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將其性能劃分為使用良好、人身安全和防止倒塌三個(gè)水平，并用層間位移角限值予以量化；用作用倒三角形水平分布荷載的等截面懸臂柱的側(cè)移曲線作為框架結(jié)構(gòu)的初始側(cè)移模式。在此基

5、礎(chǔ)上，將多自由度體系轉(zhuǎn)化為等效單自由度體系，導(dǎo)出了相應(yīng)的等效參數(shù)。結(jié)構(gòu)的目標(biāo)位移根據(jù)其性能水平確定，并用假定的側(cè)移模式給予修正。在等效線性化的前提下，由等效位移用彈性位移反應(yīng)譜求出等效周期，然后對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行剛度設(shè)計(jì)和承載力設(shè)計(jì)。最后用靜力彈塑性分析方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，校核結(jié)構(gòu)的側(cè)移形狀與初始側(cè)移模式是否一致，并用推覆至相應(yīng)性能水平時(shí)的側(cè)移曲線作為修正后的側(cè)移曲線重新計(jì)算。用層間位移角限值作為框架結(jié)構(gòu)性能水平的量化指標(biāo)，能較好地反映其受力和變形性能，計(jì)算簡(jiǎn)單。用作用倒三角形分布荷載的等截面剪切懸臂桿的側(cè)移曲線作為框架結(jié)構(gòu)的初始側(cè)移模式，基本上反映了框架結(jié)構(gòu)的變形特點(diǎn)，且計(jì)算簡(jiǎn)單，便于操作。如欲

6、進(jìn)一步修正，可用靜力彈塑性分析結(jié)果中推覆至相應(yīng)性能水平的側(cè)移曲線作為修正后的側(cè)移曲線。算例分析表明，這樣處理不僅能反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況。而且收斂較快。根據(jù)具體結(jié)構(gòu)的剛度和質(zhì)量分布，擬定其某一層或某幾層達(dá)到相應(yīng)性能水平的層間位移角限值，據(jù)此及初始側(cè)移模式確定其目標(biāo)側(cè)移曲線。這樣可反映實(shí)際結(jié)構(gòu)是在其薄弱的某一層或相對(duì)薄弱的某幾層達(dá)到某一極限狀態(tài)并使整個(gè)結(jié)構(gòu)達(dá)到相應(yīng)的極限狀態(tài)。2.5汶川地震中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的震害通過(guò)對(duì)汶川大地震青川縣城的震害調(diào)查發(fā)現(xiàn)：建造時(shí)間較早，沒(méi)有經(jīng)過(guò)正規(guī)考慮抗震設(shè)計(jì)的磚砌建筑破壞和倒塌嚴(yán)重，而經(jīng)過(guò)正規(guī)抗震設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)所受地震損傷較輕、而且損傷主要是填充墻，青川縣

7、城的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)只要在震后維修即可使用，表明按現(xiàn)行“建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范”設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土框架建筑具有較好的抗震性能。汶川大地震中有許多中小學(xué)校倒塌，而在青川縣城中小學(xué)的這幾棟鋼筋混凝土建筑物基本保持完好，無(wú)學(xué)生傷亡。中小學(xué)建筑是非常重要的公共建筑，其抗震安全是整個(gè)社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)之一， 建議對(duì)中小校的建筑盡量采用規(guī)則鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，并嚴(yán)格按國(guó)家頒布的抗震規(guī)范進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。2.6框架結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力主要取決于其整體承載能力儲(chǔ)備和相應(yīng)的塑性變形能力。可采用基于DA分析得到的結(jié)構(gòu)倒塌儲(chǔ)備系數(shù)CMR 作為定量評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力指標(biāo),也可采用推覆分析得到結(jié)構(gòu)變形能儲(chǔ)備指標(biāo)

8、。充分利用填充墻使框架結(jié)構(gòu)形成雙重抗震防線,可顯著提高框架結(jié)構(gòu)抗震承載能力及其抗地震倒塌能力。填充墻自身應(yīng)具有一定承載力和變形能力。保證結(jié)構(gòu)具有足夠的冗余度可顯著增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力。設(shè)計(jì)中應(yīng)從整體角度提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的冗余度,不必設(shè)置過(guò)多的抗震縫。增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性,采取有效措施保證實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)整體屈服機(jī)制,可使得整體結(jié)構(gòu)的承載能力和形能力能夠得到最大程度地發(fā)揮。為此,需對(duì)保證結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)整體屈服機(jī)制的有關(guān)規(guī)定進(jìn)一步完善。3.框架結(jié)構(gòu)安全設(shè)計(jì)展望目前對(duì)房屋建筑抗地震倒塌的研究還很少,對(duì)于一般結(jié)構(gòu),規(guī)范未給出大震不倒的定量計(jì)算方法只是問(wèn)題的一方面,還有諸多問(wèn)題尚需進(jìn)一步研究,主要有以下幾方面:(1)各類建

9、筑倒塌典型案例分析。汶川地震中,房屋建筑的倒塌類型多種多樣,各類倒塌情況既與結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)形式有關(guān), 也與地震動(dòng)特征有關(guān)。應(yīng)從各類建筑(結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)形式) 和各類場(chǎng)地(場(chǎng)地土、斷層距、地形)中選出一些典型倒塌案例(包括同類建筑未倒塌的案例)進(jìn)行詳細(xì)深入分析,揭示造成倒塌和未倒塌的原因,如地震動(dòng)強(qiáng)度太大、結(jié)構(gòu)承載能力和變形能力存在不足、結(jié)構(gòu)類型不合適、結(jié)構(gòu)形式不合理、結(jié)構(gòu)的不規(guī)則性影響、局部構(gòu)造存在問(wèn)題等。(2)目前,房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)主要是基于構(gòu)件層次的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法,即依據(jù)設(shè)計(jì)地震作用下結(jié)構(gòu)彈性分析,并與其它荷載作用下的內(nèi)力組合所得到的設(shè)計(jì)內(nèi)力,按結(jié)構(gòu)構(gòu)件層次的安全儲(chǔ)備要求進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì),再

10、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采取有關(guān)抗震構(gòu)造措施,保證結(jié)構(gòu)的延性。這種設(shè)計(jì)方法對(duì)于一般正常使用和可預(yù)期的地震強(qiáng)度,能夠達(dá)到預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。由于在超大震作用下、特別是結(jié)構(gòu)接近倒塌時(shí)結(jié)構(gòu)進(jìn)入顯著的彈塑性受力階段,基于構(gòu)件層次的設(shè)計(jì)方法沒(méi)有充分考慮結(jié)構(gòu)構(gòu)件間的相互作用,及其對(duì)整體結(jié)構(gòu)承載能力和變形能力的影響,這是導(dǎo)致按相同標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)但結(jié)構(gòu)參數(shù)不同的建筑(如層數(shù)、跨數(shù)、層高、跨度、體型、是否設(shè)縫等)在超大震作用下震害結(jié)果有很大差別的原因。因此,需充分認(rèn)識(shí)和研究結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的有利相互作用,并在設(shè)計(jì)中充分利用這種有利作用,可最大限度地提高整體結(jié)構(gòu)的抗地震倒塌能力。(3)研究結(jié)構(gòu)的地震倒塌準(zhǔn)則和評(píng)價(jià)指標(biāo)。根據(jù)本文的初步研究,結(jié)構(gòu)

11、的變形能儲(chǔ)備是反映結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的主要指標(biāo)。而影響整體結(jié)構(gòu)變形能儲(chǔ)備的因素很多,如結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)形式、用途、結(jié)構(gòu)構(gòu)件屈服機(jī)制和屈服次序、結(jié)構(gòu)冗余度和整體性、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的利用等。因此,需根據(jù)實(shí)際建筑震害調(diào)查,并采用CMR 分析方法對(duì)各類建筑的抗倒塌能力展開(kāi)系統(tǒng)的研究,獲得各類結(jié)構(gòu)的倒塌準(zhǔn)則和評(píng)價(jià)指標(biāo),為結(jié)構(gòu)抗地震倒塌的定量計(jì)算提供依據(jù)。(4)對(duì)于同類結(jié)構(gòu)形式、不同冗余度結(jié)構(gòu)(如相同層數(shù)和層高,但跨度和跨數(shù)不同的框架結(jié)構(gòu))的抗地震倒塌能力開(kāi)展研究,提出整體結(jié)構(gòu)冗余度的設(shè)計(jì)要求。(5)利用汶川地震的震害資料,對(duì)各種抗震構(gòu)造措施進(jìn)行研究,保證結(jié)構(gòu)的整體性。(6)為掌握結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力,還應(yīng)開(kāi)展結(jié)

12、構(gòu)倒塌理論方面的研究,如結(jié)構(gòu)倒塌機(jī)理、倒塌過(guò)程等,為抗地震倒塌研究提供科學(xué)依據(jù)。參考文獻(xiàn)：1梁興文，黃雅捷，楊其偉. 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法研究N. 土木工程學(xué)報(bào)，2005,第38卷第9期.2李建中,呂西林,李翔,任曉崧,劉威,唐益群. 汶川地震中鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的震害J. 結(jié)構(gòu)工程師期刊,2008,第24卷第3期.3葉列平,陸新征,趙世春,李易. 框架結(jié)構(gòu)抗地震倒塌能力的研究汶川地震極震區(qū)幾個(gè)框架結(jié)構(gòu)震害案例分析N. 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào),2009,第30卷第6期.4高兌現(xiàn),柯江,王蓮花. 異形柱框架結(jié)構(gòu)抗震性能分析N. 西安理工大學(xué)報(bào),2005.5韓建強(qiáng),李振寶,宋曉勝. 裝配

13、混凝土框架結(jié)構(gòu)新型連接形式預(yù)應(yīng)力裝配框架結(jié)構(gòu)的研究.6曲哲,葉列平,潘鵬. 高層建筑的隔震原理與技術(shù)N. 工程抗震與加固改造, 2009,第31卷第5期.7蔣麗忠,湯裕坤. 鋼一混凝土組合框架梁的穩(wěn)定設(shè)計(jì)方法N. 建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2007, 第24卷第4期.8馮啟民,焦雙健,劉艷林. 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)地震破壞的研究N. 地震工程與工程振動(dòng),2002,第22卷第3期.9蔣麗忠,湯裕坤. 鋼一混凝土組合框架柱的穩(wěn)定設(shè)計(jì)方法N. 建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2008,第25卷第3期.10N. F. El-Leithy，M. M. Hussein，W. A. Attia. Comparative Study of Structural Systems for Tall Buildings.Jou