楊鍇

摘 要：上世紀(jì)八十年代提出地震作用下現(xiàn)澆板對(duì)框架結(jié)構(gòu)具有明顯的“超強(qiáng)作用”[1]以來，為探究樓板對(duì)框架結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制的影響，各國學(xué)者開展了大量的研究工作。本文就國內(nèi)外試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬方法的研究現(xiàn)狀作評(píng)述。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)澆板；框架結(jié)構(gòu)；強(qiáng)柱弱梁；文獻(xiàn)綜述

引言

“強(qiáng)柱弱梁”是保證鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)“大震不倒”的核心準(zhǔn)則，但實(shí)際震害顯示大量按目前規(guī)范設(shè)計(jì)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)易發(fā)生與該準(zhǔn)則相悖的破壞形態(tài)，該類現(xiàn)象說明現(xiàn)行設(shè)計(jì)方法并不完善。本文將對(duì)試驗(yàn)及數(shù)值模擬方面的研究現(xiàn)狀及今后發(fā)展方向進(jìn)行討論。

試驗(yàn)研究現(xiàn)狀

自提出“地震作用下，現(xiàn)澆樓板會(huì)產(chǎn)生‘超強(qiáng)作用”觀點(diǎn)提出以來[1]，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)樓板對(duì)梁端負(fù)彎矩能力、整體結(jié)構(gòu)的抗震性能等問題開展了大量的試驗(yàn)。

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

蔣永生等[3]進(jìn)行了帶樓板和不帶樓板的中節(jié)點(diǎn)低周反復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：該試驗(yàn)條件下部分板筋的參與受拉使梁端負(fù)彎矩能力提高近30%，而對(duì)梁端正彎矩能力幾乎沒有影響，并給出每側(cè)取6倍板厚寬度作為負(fù)彎矩作用時(shí)梁端有效翼緣的建議。

鄭士舉等[4]進(jìn)行了10個(gè)混凝土框架節(jié)點(diǎn)的低周反復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)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(diǎn)形式等因素相關(guān)，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(fù)荷載作用下帶樓板和不帶樓板的空間框架結(jié)構(gòu)的抗震性能對(duì)比試驗(yàn)分析，試驗(yàn)結(jié)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(fù)彎矩受拉的程度與側(cè)向位移、直交梁的剛度等因素有關(guān)。

大量試驗(yàn)結(jié)果表明按常規(guī)設(shè)計(jì)方法，即未考慮板筋對(duì)梁端抗負(fù)彎矩作用貢獻(xiàn)的做法，是導(dǎo)致目前框架結(jié)構(gòu)未能實(shí)現(xiàn)預(yù)期破壞準(zhǔn)則的主要原因。

數(shù)值模擬方法現(xiàn)狀

同時(shí)研究人員對(duì)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(shí)體單元。分層殼單元采用的是等效的鋼筋層，并不能真實(shí)模擬出鋼筋的作用，精度一般，效率高，適于復(fù)雜結(jié)構(gòu)的整體分析。分離式實(shí)體單元能夠較真實(shí)模擬樓板作用，效率低，多用于簡單模型的分析

Yalcin等[8]認(rèn)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(jìn)而提出利用改進(jìn)的離散彈簧模型模擬梁彎曲變形。

管民生等[9]對(duì)一榀平面框架進(jìn)行靜力彈塑性分析，用T形梁考慮板及板筋對(duì)梁承載力的貢獻(xiàn)，提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)計(jì)入受壓時(shí)樓板翼緣或受拉時(shí)板筋的作用。

王洪濤等[7]利用分層殼單元模擬樓板參與結(jié)構(gòu)工作的非線性行為，根據(jù)四種不同方法建模，結(jié)合動(dòng)力時(shí)程分析結(jié)果，認(rèn)為梁、板結(jié)合處施加剛臂連接的做法不僅可較真實(shí)的模擬T形梁，同時(shí)能夠有效考慮梁板協(xié)同工作。

王素裹[6]采用實(shí)體單元模擬空間框架，對(duì)帶樓板和不帶樓板空間框架的破壞形態(tài)及抗震性能進(jìn)行數(shù)值模擬，研究板筋參與梁抗彎作用的影響因素，結(jié)合試驗(yàn)對(duì)比分析，分析結(jié)果表明：采用分離式實(shí)體單元模擬樓板及其他構(gòu)件與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好；層間位移、軸壓比、節(jié)點(diǎn)類型板筋配筋率對(duì)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(shí)體單元模型的分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果擬合較好，但由于實(shí)體單元的計(jì)算效率有限，多用于對(duì)單節(jié)點(diǎn)、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(shí)現(xiàn)的分析模型或等效模型能夠適用于復(fù)雜結(jié)構(gòu)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(jì)算效率的同時(shí)真實(shí)反映板中鋼筋力學(xué)行為[10]；以分離式實(shí)體單元對(duì)較簡單的模型進(jìn)行數(shù)值模擬，對(duì)整體框架結(jié)構(gòu)進(jìn)而可選取等效的T形梁考慮板對(duì)梁抗彎能力的貢獻(xiàn)。

結(jié)論

目前關(guān)于板有效翼緣寬度的試驗(yàn)較多，大多針對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)，但節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)難以反映梁、板協(xié)同工作的真實(shí)情況，建議可從雙向或三向地震作用、結(jié)構(gòu)空間效應(yīng)等方面作進(jìn)一步深入研究。不同分析模型具有各自的特點(diǎn)，建議事先根據(jù)條件選取簡單模型進(jìn)行較高精度的模擬分析或試驗(yàn)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。

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（作者單位：安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司）