现浇板对框架结构屈服机制的影响研究综述

杨锴

摘 要：上世纪八十年代提出地震作用下现浇板对框架结构具有明显的“超强作用”[1]以来，为探究楼板对框架结构屈服机制的影响，各国学者开展了大量的研究工作。本文就国内外试验研究及数值模拟方法的研究现状作评述。

关键词：现浇板；框架结构；强柱弱梁；文献综述

引言

“强柱弱梁”是保证钢筋混凝土框架结构实现“大震不倒”的核心准则，但实际震害显示大量按目前规范设计的现浇钢筋混凝土框架结构易发生与该准则相悖的破坏形态，该类现象说明现行设计方法并不完善。本文将对试验及数值模拟方面的研究现状及今后发展方向进行讨论。

试验研究现状

自提出“地震作用下，现浇楼板会产生‘超强作用”观点提出以来[1]，国内外学者对楼板对梁端负弯矩能力、整体结构的抗震性能等问题开展了大量的试验。

French等[2]为研究直交梁的抗扭刚度对梁端负弯矩区的有效翼缘宽度影响进行了中节点试验，通过对比不同抗扭刚度直交梁损伤及纵向板筋应力，认为：直交梁抗扭刚度越大、损伤变形越小，即板筋对梁端抗负弯矩能力的提高作用显著。

蒋永生等[3]进行了带楼板和不带楼板的中节点低周反复试验，试验结果表明：该试验条件下部分板筋的参与受拉使梁端负弯矩能力提高近30%，而对梁端正弯矩能力几乎没有影响，并给出每侧取6倍板厚宽度作为负弯矩作用时梁端有效翼缘的建议。

郑士举等[4]进行了10个混凝土框架节点的低周反复试验，试验结果表明：梁端截面有效宽度的取值與层间位移角、板筋材性、直交梁、梁高、梁跨、板宽及节点形式等因素相关，并给出有效翼缘宽度的建议取值。

宁宁[5]等开展了低周反复荷载作用下带楼板和不带楼板的空间框架结构的抗震性能对比试验分析，试验结果表明：由于楼板的作用，带板的试件耗能能力要优于不带板的框架；板筋参与梁端负弯矩受拉的程度与侧向位移、直交梁的刚度等因素有关。

大量试验结果表明按常规设计方法，即未考虑板筋对梁端抗负弯矩作用贡献的做法，是导致目前框架结构未能实现预期破坏准则的主要原因。

数值模拟方法现状

同时研究人员对如何在模型中引入考虑现浇板的作用开展了大量探索。钢筋混凝土板分析模型主要有三种形式：（1）薄壳单元；（2）分层壳单元；（3）分离式实体单元。分层壳单元采用的是等效的钢筋层，并不能真实模拟出钢筋的作用，精度一般，效率高，适于复杂结构的整体分析。分离式实体单元能够较真实模拟楼板作用，效率低，多用于简单模型的分析

Yalcin等[8]认为单根梁截面所受弯矩是变化的，故板参与梁共同工作的程度是沿杆件轴线变化的，进而提出利用改进的离散弹簧模型模拟梁弯曲变形。

管民生等[9]对一榀平面框架进行静力弹塑性分析，用T形梁考虑板及板筋对梁承载力的贡献，提出结构设计时应计入受压时楼板翼缘或受拉时板筋的作用。

王洪涛等[7]利用分层壳单元模拟楼板参与结构工作的非线性行为，根据四种不同方法建模，结合动力时程分析结果，认为梁、板结合处施加刚臂连接的做法不仅可较真实的模拟T形梁，同时能够有效考虑梁板协同工作。

王素裹[6]采用实体单元模拟空间框架，对带楼板和不带楼板空间框架的破坏形态及抗震性能进行数值模拟，研究板筋参与梁抗弯作用的影响因素，结合试验对比分析，分析结果表明：采用分离式实体单元模拟楼板及其他构件与试验结果吻合较好；层间位移、轴压比、节点类型板筋配筋率对楼板参与梁共同工作的影响较为显著；板面筋参与梁共同受力程度与底筋不同，面筋参与梁端抗弯的范围更大。

目前，采用分离式实体单元模型的分析结果与试验结果拟合较好，但由于实体单元的计算效率有限，多用于对单节点、平面框架或较简单的空间框架模拟，且多为静力加载方式。有必要提出一种有效易于实现的分析模型或等效模型能够适用于复杂结构的分析方法。建议混凝土、钢筋分别采用分层壳单元、桁架单元，并在混凝土层与钢筋间采用刚臂连接，保证在较高计算效率的同时真实反映板中钢筋力学行为[10]；以分离式实体单元对较简单的模型进行数值模拟，对整体框架结构进而可选取等效的T形梁考虑板对梁抗弯能力的贡献。

结论

目前关于板有效翼缘宽度的试验较多，大多针对单个节点，但节点试验难以反映梁、板协同工作的真实情况，建议可从双向或三向地震作用、结构空间效应等方面作进一步深入研究。不同分析模型具有各自的特点，建议事先根据条件选取简单模型进行较高精度的模拟分析或试验研究，确定板有效翼缘宽度的取值，利用等代翼缘完成整体分析。

参考文献

[1]JTCC.U.S.-Japan research：Seismic Design Implications [J].Journal of Structural Engineering，ASCE.1988，114（9）：2000-2016

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

Journal of Structural Engineering，1989，115（1）：1-18.

[3]蒋永生，鲁宗悫.整浇梁板的框架节点抗震研究 [J].建筑结构学报，1994，15（6）：11-16.

[4]郑士举，蒋利学，张伟平，等.现浇混凝土框架梁端截面有效翼缘宽度的试验研究与分析 [J].结构工程师，2009，25（2）：134-140.

[5]宁宁，屈文俊，朱鹏.现浇板框架抗震性能的试验研究及理论分析 [J].同济大学学报（自然科学版），2014，42（2）：0183-0189.

[6]王素裹.强震作用下现浇 RC 楼板对框架结构破坏形态影响的研究 [D].华南理工大学，2009.

[7]王洪涛，谢礼立.考虑楼板作用的钢筋混凝土框架有限元模型及并行计算效率 [J].地震工程与工程振动，2009，29（1）：63-69.

[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.

[9]管民生，杜宏彪.现浇楼板参与工作后框架结构的 pushover 分析研究 [J].地震工程与工程振动，2006，25（5）：117-123.

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

（作者单位：安徽省建筑设计研究总院股份有限公司）