現(xiàn)澆板對框架結構屈服機制的影響研究綜述

楊鍇

摘 要：上世紀八十年代提出地震作用下現(xiàn)澆板對框架結構具有明顯的“超強作用”[1]以來，為探究樓板對框架結構屈服機制的影響，各國學者開展了大量的研究工作。本文就國內外試驗研究及數(shù)值模擬方法的研究現(xiàn)狀作評述。

關鍵詞：現(xiàn)澆板；框架結構；強柱弱梁；文獻綜述

引言

“強柱弱梁”是保證鋼筋混凝土框架結構實現(xiàn)“大震不倒”的核心準則，但實際震害顯示大量按目前規(guī)范設計的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構易發(fā)生與該準則相悖的破壞形態(tài)，該類現(xiàn)象說明現(xiàn)行設計方法并不完善。本文將對試驗及數(shù)值模擬方面的研究現(xiàn)狀及今后發(fā)展方向進行討論。

試驗研究現(xiàn)狀

自提出“地震作用下，現(xiàn)澆樓板會產生‘超強作用”觀點提出以來[1]，國內外學者對樓板對梁端負彎矩能力、整體結構的抗震性能等問題開展了大量的試驗。

French等[2]為研究直交梁的抗扭剛度對梁端負彎矩區(qū)的有效翼緣寬度影響進行了中節(jié)點試驗，通過對比不同抗扭剛度直交梁損傷及縱向板筋應力，認為：直交梁抗扭剛度越大、損傷變形越小，即板筋對梁端抗負彎矩能力的提高作用顯著。

蔣永生等[3]進行了帶樓板和不帶樓板的中節(jié)點低周反復試驗，試驗結果表明：該試驗條件下部分板筋的參與受拉使梁端負彎矩能力提高近30%，而對梁端正彎矩能力幾乎沒有影響，并給出每側取6倍板厚寬度作為負彎矩作用時梁端有效翼緣的建議。

鄭士舉等[4]進行了10個混凝土框架節(jié)點的低周反復試驗，試驗結果表明：梁端截面有效寬度的取值與層間位移角、板筋材性、直交梁、梁高、梁跨、板寬及節(jié)點形式等因素相關，并給出有效翼緣寬度的建議取值。

寧寧[5]等開展了低周反復荷載作用下帶樓板和不帶樓板的空間框架結構的抗震性能對比試驗分析，試驗結果表明：由于樓板的作用，帶板的試件耗能能力要優(yōu)于不帶板的框架；板筋參與梁端負彎矩受拉的程度與側向位移、直交梁的剛度等因素有關。

大量試驗結果表明按常規(guī)設計方法，即未考慮板筋對梁端抗負彎矩作用貢獻的做法，是導致目前框架結構未能實現(xiàn)預期破壞準則的主要原因。

數(shù)值模擬方法現(xiàn)狀

同時研究人員對如何在模型中引入考慮現(xiàn)澆板的作用開展了大量探索。鋼筋混凝土板分析模型主要有三種形式：（1）薄殼單元；（2）分層殼單元；（3）分離式實體單元。分層殼單元采用的是等效的鋼筋層，并不能真實模擬出鋼筋的作用，精度一般，效率高，適于復雜結構的整體分析。分離式實體單元能夠較真實模擬樓板作用，效率低，多用于簡單模型的分析

Yalcin等[8]認為單根梁截面所受彎矩是變化的，故板參與梁共同工作的程度是沿桿件軸線變化的，進而提出利用改進的離散彈簧模型模擬梁彎曲變形。

管民生等[9]對一榀平面框架進行靜力彈塑性分析，用T形梁考慮板及板筋對梁承載力的貢獻，提出結構設計時應計入受壓時樓板翼緣或受拉時板筋的作用。

王洪濤等[7]利用分層殼單元模擬樓板參與結構工作的非線性行為，根據四種不同方法建模，結合動力時程分析結果，認為梁、板結合處施加剛臂連接的做法不僅可較真實的模擬T形梁，同時能夠有效考慮梁板協(xié)同工作。

王素裹[6]采用實體單元模擬空間框架，對帶樓板和不帶樓板空間框架的破壞形態(tài)及抗震性能進行數(shù)值模擬，研究板筋參與梁抗彎作用的影響因素，結合試驗對比分析，分析結果表明：采用分離式實體單元模擬樓板及其他構件與試驗結果吻合較好；層間位移、軸壓比、節(jié)點類型板筋配筋率對樓板參與梁共同工作的影響較為顯著；板面筋參與梁共同受力程度與底筋不同，面筋參與梁端抗彎的范圍更大。

目前，采用分離式實體單元模型的分析結果與試驗結果擬合較好，但由于實體單元的計算效率有限，多用于對單節(jié)點、平面框架或較簡單的空間框架模擬，且多為靜力加載方式。有必要提出一種有效易于實現(xiàn)的分析模型或等效模型能夠適用于復雜結構的分析方法。建議混凝土、鋼筋分別采用分層殼單元、桁架單元，并在混凝土層與鋼筋間采用剛臂連接，保證在較高計算效率的同時真實反映板中鋼筋力學行為[10]；以分離式實體單元對較簡單的模型進行數(shù)值模擬，對整體框架結構進而可選取等效的T形梁考慮板對梁抗彎能力的貢獻。

結論

目前關于板有效翼緣寬度的試驗較多，大多針對單個節(jié)點，但節(jié)點試驗難以反映梁、板協(xié)同工作的真實情況，建議可從雙向或三向地震作用、結構空間效應等方面作進一步深入研究。不同分析模型具有各自的特點，建議事先根據條件選取簡單模型進行較高精度的模擬分析或試驗研究，確定板有效翼緣寬度的取值，利用等代翼緣完成整體分析。

參考文獻

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[2]French C W，Boroojerdi A.Contribution of R/C floor slabs in resisting lateral loads [J].

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[3]蔣永生，魯宗愨.整澆梁板的框架節(jié)點抗震研究 [J].建筑結構學報，1994，15（6）：11-16.

[4]鄭士舉，蔣利學，張偉平，等.現(xiàn)澆混凝土框架梁端截面有效翼緣寬度的試驗研究與分析 [J].結構工程師，2009，25（2）：134-140.

[5]寧寧，屈文俊，朱鵬.現(xiàn)澆板框架抗震性能的試驗研究及理論分析 [J].同濟大學學報（自然科學版），2014，42（2）：0183-0189.

[6]王素裹.強震作用下現(xiàn)澆 RC 樓板對框架結構破壞形態(tài)影響的研究 [D].華南理工大學，2009.

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[8]Yal?in ?，Durrani A J.Effect of Slab on Inelastic Response of RC Building [J].Journal of Structural Engineering，1993，119（5）：1374-1387.

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[10]Phuvoravan K，Sotelino E D.Nonlinear finite element for reinforced concrete slabs [J].Journal of structural engineering，2005，131（4）：643-649.

（作者單位：安徽省建筑設計研究總院股份有限公司）