钢筋混凝土板柱结构抗震设计理论与方法研究

钢筋混凝土板柱结构是仓库、住宅、车库、办公楼等建筑常用的结构形式之一，在建筑空间和施工工艺等方面具有一定的优势。但震害表明，板柱节点的冲切破坏构成板柱结构的薄弱环节。本项目在基于性能的结构抗震设计基本框架内，开展钢筋混凝土板柱结构抗震性能研究。设计蝶形平面单向板和等宽度单向板以及双向板的对比试验，探求板柱节点冲切破坏机理，采用螺旋箍筋抵抗反复荷载和冲切剪力，提出延性板柱节点设计方法。通过板柱节点和板柱结构的抗震试验，提出板柱节点冲切破坏的机理模型，掌握板柱结构延性、滞回曲线和耗能能力，完善钢筋混凝土板柱结构分析的非线性有限元方法。并以此为基础，对钢筋混凝土板柱-剪力墙结构抗震性能和可靠度进行深入分析，构造板柱结构抗震性能指标，为钢筋混凝土板柱结构抗震设计提供理论支持和技术支持。

本项目围绕板柱-框架结构和板柱-剪力墙结构中的板柱结构的抗震性能，开展了试验研究与理论分析工作。主要成果如下：.1.完成22个单向板剪切破坏试验，结果表明：柱头的存在将提高构件的承载力，对跨中区域的裂缝发展存在约束作用，但是对最终剪切破坏面没有影响；受剪承载力随纵向配筋率的提高或剪跨比的减小而增加；有限元分析能够在一定程度上解释柱头对受剪承载力的影响；.2.完成35个中柱板柱节点的冲切破坏试验，试验结果表明：提高混凝土强度、减小冲跨比、提高纵向配筋率均对板柱节点的受冲切承载力存在有利影响；矩形柱角区域存在明显的应力集中，而圆柱截面边缘应变趋于均匀分布；配置整体性钢筋能够有效提高残余承载力和冲切破坏后承载力。.3.完成E、S两个系列偏载冲切试验和2个水平往复荷载板柱节点冲切破坏试验，结果表明：板柱节点的受冲切承载力随混凝土强度提高而增加，随冲跨比增大而减小，随纵向配筋率增大而增大；对低配筋高重剪比节点，不平衡弯矩的参与可能改变其最终的破坏形态；同等配筋条件下，重剪比增加会导致层间侧移能力的大幅下降。.4.收集整理国内外楼板和基础板受冲切破坏的试验数据，建立钢筋混凝土板受冲切试验数据库。通过回归分析，推导了钢筋混凝土板受冲切承载力计算公式。.5.采用MIDAS软件对板柱-剪力墙和框架-剪力墙的结构进行有限元模拟，分析结果表明：在地震作用下，板柱-剪力墙结构的顶点位移、最大层间位移角、基底剪力均大于框架-剪力墙结构；推导了两种考虑近场地震竖向效应的改进Pushover分析方法；构造了基于贝叶斯网络的专家系统通用原型机用于结构工程的诊断评估；基于CAPRA平台对四川地区进行了地震风险多标准模拟分析；推导了结构损伤指数模型，并根据所提出的模型对结构的损伤程度进行了易损性评估。.6.完成了7根钢筋混凝土柱试验，提出了基于位移的多水准能力谱设计方法，得到了柱箍筋抗剪与约束的关系，并改进了钢筋混凝土柱压弯剪相互作用计算方法。.7.完成了一系列高强钢筋在往复荷载和低周疲劳下的试验，试验结果表明：在往复荷载下，钢筋试验长度与其所达到的最大应变成反比；对于承受小应变幅值往复荷载的钢筋，其低周疲劳寿命受锈蚀的影响程度比承受大应变幅值往复荷载的钢筋明显更大。