五层足尺预应力压接装配框架结构抗连续倒塌能力有限元分析

为研究预应力压接装配混凝土框架(PPEFF)体系的抗连续倒塌性能，基于ABAQUS/Standard隐式有限元分析平台，采用多尺度非线性动力分析模型对五层足尺试验模型的顶层角柱、四层边柱和底层角柱失效后的状态分别进行了有限元模拟，并与试验结果进行了对比。在此基础上对拆柱等效冲击加载时间、有无楼板作用和楼面重力荷载代表值大小进行参数分析，分析了相关参数对PPEFF抗连续倒塌性能的影响。研究结果表明：有限元分析结果与试验结果吻合良好；拆柱等效冲击加载时间对结构的稳态位移影响较小，试验采用滑块与双微摩擦面构造的加载方法可行；楼板对结构的抗连续倒塌性能有较大影响，能够降低剩余结构的竖向振动幅度，提高剩余结构的抗连续倒塌性能；楼面重力荷载代表值提升100%的情况下，仅局部混凝土进入塑性，钢筋与预应力筋仍处于弹性工作状态，结构变形较小，PPEFF仍具有良好抗连续倒塌性能。     

钢筋混凝土框架结构底部相邻两柱失效的抗连续倒塌性能研究

为研究钢筋混凝土结构在角柱和相邻边柱同时失效情况下的抗连续倒塌性能,采用12点等效均布荷载加载系统,对移除角柱和相邻边柱后的钢筋混凝土梁-板-柱子结构进行PUSHDOWN加载,并对钢筋混凝土子结构的破坏模式、承载能力、变形能力、钢筋局部应变、支座水平位移及边梁扭转变形进行分析。试验结果表明：角柱和相邻边柱同时失效的钢筋混凝土梁-板-柱子结构反应与悬挑板相近,梁与板无法形成有效的压拱机制、悬链线机制或薄膜机制来抵抗连续倒塌的发生。采用有限元软件DIANA建模对试验结果进行了数值模拟分析,证明了数值模型的合理性。采用塑性铰线法对试验屈服荷载和第一极限荷载进行分析,理论分析结果表明,与试验结果相比,塑性铰线法的分析结果偏于保守。     

后张预应力压接装配混凝土框架结构足尺试验研究

为研究预应力压接高效装配式混凝土框架体系(PPEFF体系)的抗震性能和预应力筋锚具意外失效情况下的抗连续倒塌性能,开展了二层三跨足尺平面框架模型的试验研究。框架模型首层层高4.2 m,顶层层高3.5 m,中梁跨度为8.5 m,边梁跨度为7.5 m,按GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中抗震设防烈度8度(0.3 g)进行设计。试验中首先在框架顶部施加低周水平往复荷载,当加载至0.01 rad位移角时,框架梁端和柱脚耗能钢筋屈服;当加载至0.0195 rad位移角时,结构残余位移角为0.005 rad,展现了良好的低损伤和自复位特性;当加载至0.04 rad位移角时,水平荷载达到峰值,预应力筋仍处于弹性工作状态,展现了良好的抗侧能力和耗能能力。详细观测了加载全过程结构的变形、刚度退化、耗能、预应力变化和梁伸长等行为,并进行了数值分析,与试验结果吻合良好。为进一步验证经历强震损伤后梁端受剪承载力和梁跨中局部有黏结构造措施的有效性,在水平加载试验结束后,人为去除框架一层端部预应力筋锚具,对梁端进行了剪切试验,获得了预应力筋有效和失效情况下PPEFF节点梁端受剪破坏模式,验证了PPEFF梁柱节点具有良好的抗剪能力和安全储备。     

考虑边柱失效位置和根数影响的钢框架结构抗倒塌性能研究

文章针对2个带楼板的钢框架结构，分别开展了静力移除边柱试验和动力移除边柱试验，得到了边柱移除过程中结构关键部位的位移和应变响应；同时基于能量平衡原理，对比了2次试验中边柱移除处的竖向位移。结果表明：动力移除边柱时，结构的最大位移比静力情况大60%；能量平衡原理由于忽略了应变率和阻尼对结构动力响应的影响，基于其建立的等效动力荷载-位移曲线偏保守但合理。此外，基于经验证的有限元分析，文章还研究了边柱失效位置和根数对结构抗倒塌性能的影响，发现角柱和边缘边柱同时失效时对结构产生的不利影响最大。     

混凝土板柱子结构抗连续倒塌试验研究

节点脆性冲剪破坏易导致板柱结构体系的连续倒塌。对1个横、纵向均为2跨的混凝土板柱子结构进行连续倒塌静力加载试验,试件制作时移除底部中柱以模拟初始失效,试验中首先对中柱柱头施加向下的集中力使其节点发生初始冲剪破坏,其后对楼板施加均布荷载直至发生后继连续倒塌破坏,分析了试件不同变形阶段的受力机理并对承载力进行了评估。结果表明：子结构的中柱节点冲剪破坏具有一定延性,但板内张拉力导致冲剪承载力比中国规范计算值低50%;初始加载时边中柱和角柱分别承担82%和18%的荷载,随着变形增大,边中柱节点逐步损伤,边中柱承担荷载下降、角柱承担荷载上升,结构倒塌时边中柱和角柱分别承担51%和49%的荷载;小变形下试件通过楼板面外受弯能力和面内受压薄膜效应承载,在中柱节点发生冲剪破坏的时刻,受压薄膜效应提供的承载力贡献为12%;大变形下试件通过节点区的残余受弯能力和面内受拉薄膜效应承载,当节点发生严重损伤后,荷载由板底整体钢筋的受拉薄膜效应承担。     

大型钢-混凝土组合楼盖系统的连续倒塌试验与失效机理研究

为研究钢-混凝土组合楼盖系统在连续倒塌工况下的抗力机制和破坏过程,按照中国现行规范设计了1个典型的组合楼盖钢框架原型结构,并从该原型结构中提取出两个单层2×1跨钢-混凝土组合楼盖子结构。分别开展了移除边中柱和角柱侧边柱两种工况下的足尺连续倒塌试验研究,并得到了相应的荷载-位移曲线、破坏模式、裂缝分布等。在移除边中柱时,破坏主要集中在梁端负弯矩区,且峰值荷载出现在梁悬链线抗力充分发展的大变形阶段。而在移除角柱侧边柱时,破坏主要集中在正弯矩区,峰值荷载出现在梁翼缘断裂前的抗弯阶段。两个试件后期承载力的差别主要由梁悬链线抗力引起。组合楼盖系统中楼板受拉薄膜作用的发展不易受边界水平约束条件的影响,但梁悬链线抗力的发展明显受边界水平约束条件的影响。在边柱失效工况下,塑性铰线法可以用来预测组合楼盖系统在抗弯阶段的承载力。     

考虑楼板效应的钢框架结构连续倒塌分析

基于抽柱法对GSA2003建议的角柱失效、边柱失效及内柱失效三种工况对一钢框架结构进行了连续倒塌模拟。通过对比不同失效时间这三种工况下剩余结构竖向位移时程曲线、静力及动力荷载作用下抗力提高系数曲线来探究楼板对结构抗连续倒塌能力的影响。以1/10剩余结构竖向自振周期T_2/10为失效时间,探究在抽柱后,楼板对剩余结构传力路径的影响作用。结果表明:失效时间越短,纯框架结构振动响应越明显,含楼板结构仅在角柱失效工况下失效时间对结构振动响应影响明显;以T_2/10可较好的反映构件失效后剩余结构动力响应,忽略楼板作用可能低估结构抗连续倒塌能力,边柱失效及内柱失效工况下楼板对结构抗连续倒塌能力改善较明显;通过抗力提高系数R可知,失效时间较长时,动力分析与静力分析结构比较接近,可采用静力分析代替动力分析;楼板加速结构新传力路径的形成,提高了结构整体稳定性,提高了结构的抗连续倒塌能力。     

基于ABAQUS考虑柱对框架结构抗连续倒塌承载力影响的数值模拟

为了研究框架柱在框架结构抗连续倒塌过程中所起的作用和框架柱对框架结构抗连续倒塌的承载能力的影响,文章通过Qian K等进行的中柱失效的框架子结构拟静力试验,校核了论文中ABAQUS软件建立的框架子结构精细有限元分析模型的准确性。模拟所得的荷载位移曲线与试验曲线吻合良好,较好地模拟了中柱失效直至子结构破坏的全过程。在成功进行模型校核的基础上,通过改变平面框架边柱的柱高、轴压比,分析了边柱约束对所研究子结构抗连续倒塌承载力的影响;研究了框架梁柱线刚度比的差异对框架结构抗连续倒塌受荷机理的影响;并探讨了考虑框架柱的框架在中柱移除过程中的荷载转化路径和受荷机理。模拟表明框架柱在结构抗连续倒塌过程中作用明显,抗连续倒塌设计时要充分考虑框架柱的作用。     

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。     

钢筋混凝土框架抗连续倒塌的仿真分析

为研究钢筋混凝土框架结构的连续倒塌受力机理,在角柱失效倒塌试验基础上,运用ABAQUS有限元软件对钢筋混凝土框架进行了连续倒塌仿真分析。考虑到角柱失效倒塌过程中地梁和对角区域的构件几乎没有破坏,建模中只在角柱区域建立了钢筋混凝土板;同时考虑到位移加载方式简单而且模型更易收敛,故仿真倒塌全程采用位移控制。通过仿真得到了结构的荷载 位移曲线、框架的位移曲线、钢筋和混凝土应力曲线、破坏形态等,并与试验结果进行对比。结果表明:仿真结果和试验结果基本一致;角柱失效时,框架经历了弹性阶段、塑性铰形成阶段和失效阶段;该仿真能够较好地模拟框架模型连续倒塌的过程,并且能揭示倒塌破坏过程的受力特点。     

铁路站台单柱雨棚结构抗连续倒塌性能分析

采用非线性动力拆除构件法,对铁路站台有柱雨棚"Y"形钢筋混凝土典型单元进行了抗连续倒塌性能分析,研究了结构的连续倒塌抗力机制和失效模式;并对不同柱距、不同抗震设防烈度及不同楼板的雨棚结构进行了分析和对比。局部构件失效后,剩余结构抗倒塌机制主要为梁机制和悬链线机制;在边柱失效后,剩余结构承载机制仅有梁机制,结构抗连续倒塌性能较弱;在中柱和内柱失效的情况下,剩余结构具备梁机制和悬链线机制提供的抗倒塌承载力,结构抗连续倒塌性能较强;柱距增加,雨棚结构抗连续倒塌性能减弱;抗震设计对于结构梁机制相对承载力的提升较大,对悬链机制相对承载力的提升取决于梁内通长钢筋的增幅;整体现浇楼板对雨棚结构抗连续倒塌性能的增强效果显著,梁机制和悬链线机制的相对承载力均有较大提高。     

RC框架梁板柱空间协同抗倒塌机制非线性仿真分析

现浇楼板对RC框架结构的承载性能有影响,准确分析考虑楼板贡献的RC框架结构抗倒塌性能与机制很有必要。采用基于三维实体退化虚拟层合单元理论的非线性有限元分析程序VFEAP,先分别对水平荷载作用下2层RC框架抗侧试验模型和竖向荷载作用下2层RC框架底层中柱失效抗倒塌试验模型进行梁板柱空间协同非线性分析,仿真模拟结果与试验结果吻合良好,表明分析程序具有很好的适用性;据此,再对10层九宫格平面RC框架结构进行底层内柱失效情况下竖向连续性倒塌全过程仿真分析与研究,根据分析结果得出,失效柱贯通十字梁格区域,几乎全部楼板始终处于偏心受拉状态,明显呈现板膜偏拉受力机制;与失效柱相连的贯通梁因楼板参与受力未出现压拱和悬链线机制,始终以梁抗弯机制为主,局部区域处于偏心受拉状态,可为完善梁板柱协同抗倒塌机制研究提供参考。     

基于非线性动力分析的多层钢框架结构抗连续倒塌能力研究

目的:分析了多层钢框架结构的抗连续倒塌能力,为抗连续倒塌设计及研究提供参考。方法:采用非线性动力分析方法,对不同抗震设防烈度的钢框架结构的抗连续倒塌能力进行了分析和对比。结果:拆除柱后失效点竖向位移:角柱长边中柱内部柱。随着抗震设计的提高,拆除柱后失效点的竖向位移减小。结论:1)角柱失效对结构抗连续倒塌能力的影响最强,其次是长边中柱,而内部柱对其影响最弱。2)抗震设计增强了结构的侧向刚度,提高了结构抗连续倒塌能力。     

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。     

采用不同节点形式的三维钢框架-组合楼板子结构抗连续倒塌性能试验研究

为研究三维钢框架-组合楼板子结构的抗连续倒塌性能,对4个采用不同节点形式的1/3缩尺组合楼板试件在移除边柱工况下进行了拟静力试验。试件主梁与柱的连接形式为平齐式端板(FEP)节点、反向槽钢(RC)节点、狗骨式(RBS)节点与栓焊混合(WUFB)节点,次梁与柱及次梁与主梁的连接形式为腹板双角钢(DAC)节点或剪切板(FP)节点。通过特殊设计的6点加载系统实现位移控制下的均布荷载作用,获得了三维钢框架-组合楼板子结构加载全过程的荷载-位移曲线以及破坏模式,并分析了抗弯效应、悬链线效应及楼板的受拉薄膜效应对结构抗连续倒塌性能的影响。结果表明:对于主梁节点,采用栓焊混合连接的试件具有较高的初始刚度和极限承载力,而采用反向槽钢连接的试件则具有较好的延性,采用狗骨式连接的试件具有最好的能量吸收能力; 对于次梁节点,采用剪切板连接的试件呈现出明显的脆性破坏特征,而其他采用腹板双角钢连接的试件发生的是延性破坏; 在边柱失效情况下,抗弯效应在抵抗连续倒塌过程中一直起主导作用,楼板的受拉薄膜效应在结构的大变形阶段也发挥着一定的作用,而悬链线效应贡献较小,可忽略不计。     

混凝土框架结构抗连续倒塌性能研究

混凝土框架结构在服役期间遭遇极端灾害作用时，会由于支撑构件失效而发生连续性倒塌。以某医院的门诊大楼为研究对象，采用ABAQUS,建立该混凝土框架结构的有限元模型，并开展其抗连续倒塌分析。通过对支撑柱失效时间、柱失效位置，以及倒塌过程中结构的位移响应和弯矩演变过程进行研究，发现底层中柱失效时，框架结构相邻两侧的梁可通过悬链线拉结作用抵抗结构倒塌。而结构顶层角柱失效时，由于周边约束较小，框架结构易发生连续倒塌。     

基于实际火灾场景的钢框架结构倒塌机制分析

采用ABAQUS建立无楼板的多层钢框架模型,采用顺序热-固耦合法,综合考虑实际火灾场景下局部火源位置、火源功率变化、非均匀分布温度场及火灾作用下梁柱失效进行分析,研究了在梁柱的受火形式和失效柱位置两种因素影响下钢框架结构的初始破坏机理与倒塌机制。结果表明：钢框架结构的连续倒塌始于受火柱的屈曲失效,与之相连的梁由于失去竖向支撑挠度增大并产生拉力,使内力重分布柱产生侧移,进而在火灾的持续作用下结构位移不断发展,破坏向周围扩散,最终导致结构发生连续性倒塌;当底层失效柱为角柱和边柱时,结构发生倾覆式连续性倒塌;当底层失效柱主要分布在结构对称轴上时,结构发生下沉式连续性倒塌,该类型倒塌发生较为突然。     

考虑悬索作用钢筋混凝土梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

在爆炸及冲击荷载作用下,没有经过抗倒塌设计的高层建筑可能会产生不成比例的倒塌破坏。通过变化配筋率、钢筋等级、加载速度等方式完成5个约束梁试验,研究钢筋混凝土柱失效情况下,梁柱子结构在考虑悬索作用效应时的抗倒塌性能。试件两端预埋钢管并通过钢轴与钢箱上的支座连接,电液伺服作动器在预定时间内采用位移控制连续加载,在大约400mm位移时试件由于钢筋的断裂发生倒塌破坏,此时试件的承载能力大约是塑性阶段的2倍而位移将近20倍。基于试验结果和现象,对试件的受力过程、力的转换机制以及悬索作用机理进行分析与探讨,并对梁柱子结构抗倒塌设计提出悬索作用的简化计算方法。     

钢筋混凝土框架结构连续倒塌的竖向非线性动力分析

结构的连续倒塌分析（PCA）是结构抗连续倒塌能力定量评定和抗连续倒塌设计的基础,已成为当前国内外土木工程界的热点研究领域。本文基于备用荷载路径原理,采用考虑构件失效时长的竖向非线性动力分析方法,对钢筋混凝土平面框架结构进行了竖向连续倒塌分析,根据损伤结构的反应判断剩余结构能否抵抗连续倒塌,分析中考虑了将同一轴线不同楼层的框架柱逐根移除和将同一轴线所有楼层的框架柱同时移除这两种情况对结构倒塌失效模式的影响,探讨了失效时长对结构动力响应的影响,发现构件失效时长对剩余结构的响应有重大影响。研究表明,竖向非线性动力分析方法是结构抗连续倒塌设计与抗连续倒塌能力分析的一种有效方法。     

钢筋混凝土抗震框架连续倒塌行为分析

以某抗震设防框架为研究对象,采用SAP2000有限元软件,依次拆除底层纵向边柱、横向边柱、角柱和内柱,研究抗震框架的倒塌破坏行为。以做功平衡原理建立了柱失效处梁配筋调整计算公式,并进行了配筋调整设计。结果表明:7度和8度抗震设防的框架结构仍会发生连续性倒塌,但是抗倒塌能力随着设防等级的提高而提高,抗震设计不能够完全替代抗倒塌设计;柱失效导致结构发生连续坍塌破坏的危险性由小到大依次为内柱、横向边柱、纵向边柱、角柱;梁铰机制在结构抗倒塌中的作用尤其重要,倒塌破坏时以梁的弯曲破坏为主,剪切破坏较少出现;线弹性静力分析计算的供需比最大值一般出现在失效柱上一层的相邻梁上,而非线性静力分析的最大破坏出现在与失效柱相连的梁上,但是二者对结构可能的失效位置判断基本一致。