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钢筋混凝土框架楼梯间抗震性能拟静力试验研究

朱玉玉  
【摘要】:楼梯是建筑物的重要组成部分,但其在地震中经常发生严重的破坏,尤其是框架结构的楼梯。然而在我国关于楼梯结构的研究起步较晚,近年来虽已开展一些研究且相关规范、规程也增加了相关规定,但对楼梯抗震性能的了解还不够深入,尚缺乏系统研究。因此,急需对框架楼梯间的性能进行系统的试验与分析研究,提供设计建议,完善相关规范,并对其理论研究奠定试验基础。 本文选取典型的普通框架结构底层楼梯间单元和一种设置滑动支座的框架楼梯间单元为研究对象,其中楼梯为常用的双跑板式楼梯,通过两种空间楼梯间试件的两点水平加载拟静力试验,研究分析二者的破坏过程与破坏特征、承载力、变形性能、耗能能力、刚度退化以及滑动支座的效果等抗震性能。通过试验,了解了两种框架楼梯间在水平和垂直双向荷载作用下初始裂缝的开展位置、裂缝形态、发展规律和试件破坏形态,确定了两种楼梯间的开裂荷载和极限荷载,分析了二者的强度和变形,比较了两种楼梯间的抗震性能。 试验结果表明: 1、普通框架楼梯间的楼梯构件参与抗侧力工作,一方面,楼梯各构件形成斜向支撑内力较大,作为第一道抗震防线首先开裂且均发生不同程度的破坏;另一方面,受楼梯的影响,框架结构中休息平台侧的框架柱易形成短柱,框架平面内的框架梁在其与平台板相连段承受梯板传来的斜向力较大,易发生剪切破坏。 2、设置滑动支座的框架楼梯间的滑动支座将楼梯构件间的传力途径断开,其破坏机制与纯框架较相似,楼梯的梯板、平台板基本没有开裂,保证了楼梯作为安全岛的疏散、救援功能。表明滑动支座的滑动性能良好,能有效的改变楼梯间的受力状态。 3、分析对比两种框架楼梯间的试验结果发现:普通框架楼梯间的楼梯参与抗侧力工作,提高了结构的承载力和刚度,但变形和耗能能力较小,延性也较差;而设置滑动支座的框架楼梯间的承载力和刚度虽有所减小,但变形性能和延性好,能发生较大的塑性变形,表明滑动支座改变了框架楼梯间的后期抗震性能。 4、试验中梯板设置滑动支座的一端有沿竖向翘起的现象,且随试件侧移的增加梯板翘起愈多,因此本文建议采用简易滑动支座。 本文还采用有限元软件ABAQUS对普通框架楼梯间试件进行了模拟,有限元的计算结果与试验结果吻合的较好,说明本文所建立的有限元模型较为合理。 在此基础上,本文对框架结构及其楼梯的抗震设计提出了具体建议,为框架结构楼梯的理论研究和工程应用提供了参考。


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