建筑结构 | 清华大学教授冯鹏：局部增强/削弱的混凝土框架结构：起波钢筋与屈服后强化柱

清华大学教授冯鹏在“第二届青年结构工程师论坛”上作了题为《局部增强/削弱的混凝土框架结构：起波钢筋与屈服后强化柱》的精彩报告，现分享给大家。

报告主要分为5个部分：引言、起波钢筋梁与双台阶、 PYH柱与双线性、新型框架的受力性能及结论与建议。

引  言

RC结构在不同灾害下可能发生多种不同的倒塌机制，如汶川地震中某民居楼因为地震引发整体侧向倒塌，湖南衡阳市衡州大厦由于火灾引发竖向连续倒塌。

整体侧向倒塌重在“破坏模式”，实现“强柱弱梁”，要求梁弱！

竖向连续倒塌重在“局部拉结”，提高“悬链线拉结”，要求梁强！同时提高抗整体抗震韧性和抗连续倒塌能力是设计的一个难题。

起波钢筋梁与双台阶

对起波钢筋的单轴拉伸性能研究表明，其承载力先弱后强，变形能力大，几何形状影响大。简化理论模型有四个关键阶段，即弹性段、屈服段、强化段、拉直段，四个关键点，即一次屈服点、强化点、二次屈服点、极限点。

其往复拉伸性能的骨架曲线与单调曲线基本一致，但由于低周疲劳变形能力更小。起波钢筋拉伸后再压缩的承载力较低，且起波越大（ b不变，l越大），承载力越低。

起波钢筋梁抗弯具有双台阶行为。起波钢筋梁在往复荷载作用下呈现 “双铰机制”破坏模式和 “双台阶”受力曲线。起波钢筋可有效改变RC框架破坏模式，实现“强柱弱梁” 。

含起波钢筋梁的框架子结构抗倒塌性能试验结果表明：1）“二次出铰“：在起波钢筋区域首先出现塑性铰，之后在梁端位置再次出现塑性铰。2）增加起波钢筋尺寸及数量均会减小小变形压拱阶段承载力，增大悬链线阶段变形能力，但对悬链线阶段承载力提高不显著。3）楼板中局部配置起波钢筋更加有利于梁中起波钢筋发挥作用，结构”二次出铰“更加明显。

PYH柱与双线性

地震中柱的破坏可能因为混凝土严重压碎与剥落，纵向钢筋受压屈曲、反复拉压断裂，箍筋打开或拉断。

复材约束混凝土（Concrete filled FRP tube，CFFT）具有高承载力——强度提升2~3倍 ，达150~300MPa，还有大变形能力——极限轴向应变>3%。

复材约束混凝土芯柱： FCCC约束效应最大化，偏压下具有屈服后强化行为；FCCC-R防止纵筋屈曲，具有抗拉能力；FCCC-PR提前激发被动约束，增强抗拉能力。

PYH柱设计原则：根据最远点法确定屈服点；确保结构正常使用时处于弹性阶段；定义工程用极限状态，取ε_eu=0.01；超出工程用极限状态时，承载力为安全储备。

新型框架柱的受力性能

结论与建议

责任编辑：程哲

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