钢管混凝土组合框架抗连续倒塌特征响应及参数分析

采用非线性纤维梁模型建立了关键构件失效后钢管混凝土组合框架抗连续倒塌有限元模型。基于ABAQUS软件提供的二次开发平台UMAT,开发了考虑包辛格效应的钢材和约束效应的核心混凝土材料单轴本构模型,并利用已有文献中的试验结果对上述本构模型进行了验证。在此基础上,进行了不同参数(失效柱位置、跨度、层数、层高及失效时间)下抗连续倒塌特征响应分析,研究不同参数下该类结构的位移变化和倒塌规律。研究结果表明,失效柱位置、跨度以及失效时长对竖向位移时程曲线影响较大;中柱(底层、中间层和顶层)失效后,竖向位移时程曲线为比较规则的振荡衰减曲线,在阻尼作用下按照两条渐近线的趋势逐渐趋于平缓,而角柱失效后计算所得竖向位移时程曲线相对中柱不规则。为了更好地提高钢管混凝土结构的抗倒塌能力,给出了概念性的倒塌设防建议,供工程实际参考。     

钢-混凝土组合转换框架试验研究

为研究钢-混凝土组合转换梁-矩形钢管混凝土柱构成的组合转换框架的受力性能,对1榀组合转换框架缩尺模型进行了竖向荷载和低周往复水平荷载试验。分析了组合转换梁在竖向荷载作用下的刚度及裂缝开展情况以及组合转换框架在水平往复荷载作用下的破坏特点、荷载-位移滞回曲线及骨架曲线、延性、屈服机制和耗能能力等力学性能。试验研究结果表明,在竖向荷载作用下,组合转换梁刚度大,抗裂性能好,满足结构正常使用要求;在水平荷载作用下,转换框架延性好,极限层间位移角大,滞回曲线对称、饱满,耗能能力强。     

开洞填充墙RC框架抗连续倒塌性能研究

为研究边柱失效工况下开洞填充墙钢筋混凝土(RC)框架的抗连续倒塌性能,在实验室制作了一榀1/4缩尺的三层两跨的开洞填充墙框架试件,并对其进行拟静力(Pushdown)加载。试验结果表明：填充墙可以大幅提高RC框架的抗连续倒塌性能,与纯框架相比,开洞填充墙RC框架的初始刚度、峰值荷载和极限荷载分别提高了521%、209%和86%。填充墙作为等效斜压杆传递了部分竖向荷载,使开洞填充墙RC框架的节点水平向外位移较大。此外,基于LS-DYNA软件建立精细化有限元模型和简化压杆模型,有限元分析结果表明：相比于精细化有限元模型,本文所提出的简化压杆模型可以更准确模拟填充墙在连续倒塌过程中的力学行为和抗力曲线,但对再现结构的破坏模式有所欠缺。填充墙的开洞会削弱墙体对RC框架抗连续性能的提升,在开洞率相等时,洞口开在中柱附近时的削弱作用最小;而填充墙开洞率和开洞数量的增加均会降低结构的峰值荷载。     

混凝土空心砌块填充墙RC框架抗震性能试验研究

通过对4榀单层单跨填充墙RC框架试件在水平低周往复荷载作用下的抗震性能试验,研究了填充墙砌块类型及高宽比对框架结构抗震性能的影响,对试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、强度退化和耗能性能等进行了分析。试验结果表明：框架柱和填充墙的受剪承载力之比是影响结构破坏形态的重要因素,满足“强框架,弱填充墙”要求的4个试件均发生梁柱端塑性铰破坏,具有良好的抗倒塌性能;填充墙的存在影响了结构的滞回性能,提高了框架结构的抗侧刚度、水平承载力和滞回耗能能力;在相同位移幅值下,混凝土空心砌块填充墙的破坏程度比实心黏土砖填充墙的严重,存在一定的安全隐患。     

方钢管框架钢板剪力墙核心筒结构抗倒塌分析

为研究方钢管混凝土框架-钢板剪力墙核心筒结构的抗连续倒塌性能,建立一栋15层原型结构,在不同初始损伤模型下采用拆除构件法对结构进行非线性动力分析,得到失效节点竖向位移时程曲线以及失效柱范围内梁、柱内力变化情况。研究表明:底层内柱失效后节点竖向位移最大,底层筒体柱失效后节点竖向位移最小;底层柱失效后,内力重分布主要发生在失效柱相邻跨范围内,梁柱内力均增大,荷载传递遵循就近原则;结构在不同抽柱工况下均未发生倒塌,其中内柱属于最不利位置。     

巨型钢管混凝土柱分配梁构造下竖向荷载传递机理研究（I）：试验研究

在前期试验研究的基础上,对设置分配梁构造的超大截面矩形钢管混凝土柱进行轴压1∶5缩尺模型试验 研究。为考察分配梁构造对竖向荷载的传递机制,试验中竖向荷载仅通过加载梁施加于钢管壁,混凝土不直接承 担荷载。通过对试件破坏模式、分配梁破坏模式、管壁应变分布、试件承载性能及钢-混凝土共同工作性能进行 分析,结果表明：所有试件表现出良好的延性,根据试验竖向荷载-位移曲线得出试件达到峰值荷载前具有较长 的屈服平台段;混凝土承担的荷载取决于分配梁截面面积及截面刚度,并随分配梁截面面积的减小而降低;分配 梁破坏模式为在梁端产生剪切屈服区域并产生较大塑性变形,部分试件分配梁下翼缘及腹板处形成了贯通撕裂裂 缝;分配梁试验屈服承载力略大于梁全截面抗剪承载力,试验极限承载力接近梁全截面抗拉承载力。     

预压装配式预应力混凝土框架边柱拆除时抗连续倒塌性能试验研究与理论分析

对一榀二层二跨预压装配式预应力混凝土(PC)平面框架进行了静力拆除底层边柱的试验及理论分析,探究了裂缝发展、变形能力、破坏模式及连续倒塌机理。根据试验框架达到极限承载力时的状态,提出了边柱失效时简化的结构抗力分析模型,并推导出结构抗倒塌极限承载力的计算方法; 基于能量法建立近似的动力响应评估模型,根据试验框架静力加载荷载-位移曲线近似得到其在边柱瞬时失效时的动力响应曲线。结果表明:框架的受力过程可分为弹性、弹塑性、塑性铰以及倒塌4个阶段; 加载时试件的混凝土裂缝开展及破坏集中在失效边柱相邻区域框架梁两侧梁端结合部,除失效边柱外,其余框架柱以及失效柱远离区域框架梁端基本完好; 框架在小变形阶段按梁机制受力,存在压拱效应及空腹效应; 在大变形阶段不能按悬链线机制受力,由梁的受弯机制和空腹机制共同抵抗不平衡荷载; 边柱失效时预压装配式预应力混凝土框架最大抗力达到60.9 kN,最终倒塌位移为430 mm,梁端转角为10.0°～15.3°,具有较好的抗连续倒塌能力。     

巨型钢管混凝土柱分配梁构造下竖向荷载传递机理研究(Ⅰ):试验研究

在前期试验研究的基础上,对设置分配梁构造的超大截面矩形钢管混凝土柱进行轴压1∶5缩尺模型试验研究。为考察分配梁构造对竖向荷载的传递机制,试验中竖向荷载仅通过加载梁施加于钢管壁,混凝土不直接承担荷载。通过对试件破坏模式、分配梁破坏模式、管壁应变分布、试件承载性能及钢-混凝土共同工作性能进行分析,结果表明:所有试件表现出良好的延性,根据试验竖向荷载-位移曲线得出试件达到峰值荷载前具有较长的屈服平台段;混凝土承担的荷载取决于分配梁截面面积及截面刚度,并随分配梁截面面积的减小而降低;分配梁破坏模式为在梁端产生剪切屈服区域并产生较大塑性变形,部分试件分配梁下翼缘及腹板处形成了贯通撕裂裂缝;分配梁试验屈服承载力略大于梁全截面抗剪承载力,试验极限承载力接近梁全截面抗拉承载力。     

钢管再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架抗震性能试验研究

为了研究钢管再生混凝土框架的抗震性能,以100%为再生粗骨料取代率,制作1榀圆钢管再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架试件,进行拟静力试验。观察试件受力的全过程和破坏形态,获取滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能性能和刚度退化等各项抗震性能指标。试验结果表明:框架在设计方法上满足了"强柱弱梁、强剪弱弯、强节点,弱构件"等抗震设计要求;框架滞回曲线对称,呈现出比较饱满的梭形;框架位移延性系数均大于3,变形性能良好;破坏位移转角大于1/38,抗倒塌能力强;破坏时等效黏滞阻尼系数为0.243,耗能充分。钢管再生混凝土柱-钢筋再生混凝土梁框架表现出良好的抗震性能,可以应用于高烈度抗震设防区的高层建筑之中。     

方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能试验研究

为了研究组合梁对方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能的影响,设计了带有混凝土现浇楼板方钢管混凝土柱-组合梁框架(CFSTCBF)及不带楼板的方钢管混凝土柱-钢梁框架(CFSTSBF),采用拆除构件法对两个试件的抗连续倒塌性能进行竖向加载试验研究,对其在中柱失效工况下的破坏模式、受力机理以及主要的抗力机制进行分析,同时对现浇混凝土楼板和节点在连续倒塌过程中的性能进行探讨。研究表明：两个试件的破坏均是由正弯矩区钢梁破坏引起,结构的倒塌阶段可分为弹塑性阶段、塑性阶段、过渡阶段和悬链线阶段,压拱机制和悬链线机制均能改善结构的抗倒塌性能;混凝土楼板可以有效增强结构的承载能力,提高结构的初始转动刚度,但在改善结构变形能力方面的作用较弱。