钢筋混凝土空间框架结构连续倒塌性能的试验研究

采用拟静力试验方法进行了钢筋混凝土空间框架的连续倒塌试验。试验模型按非抗震要求设计,用机械千斤顶替换底层长边中柱以模拟其初始失效,用电液伺服千斤顶作用在模型顶层以模拟上部结构重力荷载。对底层长边中柱进行分级卸载,模拟其初始失效后钢筋混凝土框架结构连续倒塌全过程,观测并分析了抗力-位移曲线及结构塑性铰出现位置、顺序,结构受力机制的转换过程。试验结果表明,纵向框架抗倒塌机制包括梁机制、复合机制和悬链线机制,而横向框架抗倒塌机制仅包括梁机制。     

带转换梁的高层建筑结构抗连续倒塌性能分析

对按我国现行规范设计的一栋带转换梁的高层建筑结构进行抗连续倒塌性能分析,结果表明：支承转换梁的角柱或边柱一旦失效,结构就会发生连续倒塌;支承转换梁的内柱失效时,由于梁的悬链线作用,结构未发生连续性破坏,但有多根梁进入了塑性状态,结构发生连续倒塌的可能性较大。针对上述3种情形,提出不同的应对措施,以提高结构抗连续倒塌能力。     

一种栓筋连接的装配式RC框架结构抗倒塌分析

为研究一种外包钢管栓筋连接的装配式钢筋混凝土框架结构的抗倒塌性能,完成了3根足尺装配式整体式长柱试验。首先使用有限元软件SAP2000中的多段线性塑性连结单元提出了一种简化的装配式柱模型,模拟出了该柱-柱节点,并与试验结果比较。然后采用抽柱法对一栋6层外包钢管栓筋连接的装配式框架结构和现浇框架结构进行连续倒塌分析,分别抽除首层角柱、首层长边中柱、首层短边中柱、首层内柱四种工况,得到了抽柱后的关键构件内力、位移时程曲线;最后通过Pushdown曲线分析装配与现浇结构的倒塌机制。研究结果表明:多段线性塑性连接单元较好地模拟了装配式柱-柱节点,模拟值与试验值比较吻合;在设计荷载作用下,四种工况中内柱的破坏对装配结构影响最大,其位移比现浇结构大了72.2%;在抗力曲线中发现,角柱破坏时是装配结构梁机制的承载力最低的情况,比现浇结构小了25.4%,内柱破坏时是装配结构悬链线机制的承载力最低的情况,比现浇结构小了33.1%。最终得出需要加强装配结构的内柱和边柱及其相邻梁构件的截面尺寸和配筋,以及外包钢管的厚度来提高其刚度,本文可为此类装配式结构的后续工程应用提供一种抗倒塌设计参考。     

不同柱失效对T型钢连接子结构抗倒塌性能影响

结构倒塌会引起严重的人员伤亡和巨大的财产损失,研究结构抗倒塌性能可为结构设计提供指导和参考依据。文章通过对不同柱失效梁柱子结构的有限元数值模拟,分析结构的破坏模式和抗力机制,研究跨度比对角柱失效工况下梁柱子结构抗倒塌性能的影响。结果表明：中柱失效前,其承担的荷载在失效后的小变形阶段将更多地通过与失效柱强轴方向相连的梁传递到边柱,而在失效后的大变形阶段强轴和弱轴方向传递荷载能力相差不大;边柱失效工况下,只在对称方向的梁内产生了悬链线机制;在角柱失效情形,子结构中的梁构件只经历了梁机制作用阶段。比较3种柱失效工况,其角柱失效最危险,其原因在于梁构件没有产生悬链线机制;在角柱失效工况下,随着跨度比的增加,梁柱子结构极限承载力逐渐减小。     

边柱失效后RC板柱结构连续倒塌性能试验研究

制作了2个缩尺比例为1/3.5的单层1×2跨的RC板柱子结构试件,对其开展了边柱失效情况下的静力倒塌试验,研究其倒塌破坏模式和破坏机理等连续倒塌性能,探讨混凝土板底配置斜向构造钢筋对RC板柱结构连续倒塌性能的影响。试验结果表明：在失效柱节点区发生冲切破坏后,相邻角柱和边柱的节点区域先后发生弯剪破坏;加载过程中混凝土板顶面和底面分别形成了以失效柱为中心的弧形裂缝分布和放射型裂缝分布;由失效柱承担的荷载在剩余结构中主要沿楼盖板的短跨向相邻柱传递;与未配置板底斜向构造钢筋的试件相比,配置板底斜向构造钢筋试件的开裂荷载、第1个峰值荷载和极限抗倒塌承载力分别提高了78.3%、32.3%和50.7%;布置斜向板底构造钢筋的试件在倒塌过程中荷载动力增大系数（DIF）的最大值和波动幅度均明显减小。分析可知,拉膜效应是板柱结构中一种重要的抗倒塌工作机制;在对边柱失效情况下的板柱结构开展静力倒塌分析时荷载动力增大系数（DIF）的取值既不应小于1.16,也不应大于2.0;配置板底斜向构造钢筋可以作为提高RC板柱结构薄弱区域抗连续倒塌性能的一种有效构造措施。最后,基于试验提出了边柱失效情况下板柱结构的抗倒塌承载力计算模型,计算值与试验值的对比表明该计算模型可用于对边柱失效情况下板柱结构抗倒塌承载力的评估。     

基于构件拆除法的不规则预压装配式框架连续倒塌分析

文章通过ABAQUS有限元模拟软件建立了L形平面不规则预压装配式PC框架,设置多种不同工况,研究了拆除各个位置承重柱后该框架剩余结构的抗连续倒塌机理。研究表明：预压装配式结构可提高结构整体的最大抗力;预应力钢筋的配置可提高结构的抗连续倒塌能力,并在悬链线阶段提高效果明显;柱失效位置对结构抗连续倒塌有着重大的影响,转角柱的结构抗连续倒塌性能介于内柱与长边中柱之间,其破坏位置越低、破坏时间越早,破坏范围越大。     

钢筋混凝土框架结构中次梁的抗连续倒塌性能分析

目的分析次梁在框架结构中的抗连续倒塌性能,为抗连续倒塌设计和研究提供依据．方法采用有限元软件Sap2000对6个不同次梁布置形式（不考虑次梁、长边单向布置、短边单向布置、十字型布置、井字形布置、密肋型布置）的五层框架结构进行倒塌动力分析,同时笔者对其中5个模型（不考虑次梁除外）进行倒塌的敏感性分析和经济性分析．结果次梁密肋型布置的结构的位移和速度时程曲线斜率最小,其次是十字型和井字形．在长边中柱和角柱失效下,框架结构的连续倒塌发生的概率最大,在内柱失效下,连续倒塌发生的概率最小．长边布置形式的次梁的结构的总造价最小,十字型和井字形布置其次,最大的是密肋型布置．结论次梁有一定的抗倒塌作用,其中密肋型布置形式对抗倒塌最有利;框架结构对长边中柱和角柱失效下连续倒塌最敏感,对内柱失效下最不敏感;结合经济性和抗倒塌性因素考虑,框架结构的次梁布置形式应首选十字型和井字型．     

T形截面钢骨混凝土异形柱框架抗震性能

参照国家抗震规范8度设防的标准,制作一榀1／2比例的由钢筋混凝土梁和T形截面钢骨混凝土异形柱组成的单跨两层的框架模型。通过拟静力试验,研究了结构的破坏形态、刚度退化、延性与耗能等抗震性能。试验结果表明,T形截面钢骨异形柱框架结构抗震性能良好,柱中钢骨在结构抗震中发挥了明显的作用。试验研究和分析结果表明,钢骨异形柱框架结构的抗震性能可满足抗震设防的要求。     

隅撑支撑钢框架结构抗震性能分析

采用pushover方法对单角隅撑支撑铜框架在三种罕遇地震烈度下的抗震性能进行分析,得出该结构在不同罕遇地震作用下的破坏模式及抗震性能点,并对其抗震性能进行评定;该结构在地震作用下塑性铰依次出现在隅撑、斜支撑及框架梁上,从而可以消耗大量的地震能量,同时避免了框架柱遭受破坏,符合“强柱弱梁”的设计要求。     

RC框架结构合理破坏机制的实现

为使RC框架结构在强震中有效形成合理的破坏机制,提高其抗震性能,采用OpenSees平台模拟变轴力柱弯曲性能和结构反应下降段的基于柔度法纤维模型,考虑楼板及板筋、结构超强、内力重分布等影响因素,对按现行规范设计的各设防烈度区6层规则框架进行非线性Pushover分析,考察了我国抗震规范中强柱弱梁措施的有效性及控制效果的影响因素,与汶川地震震害现象进行对比,并通过算例分析探讨了实现以梁铰为主的合理破坏机制的有效措施.分析结果表明:大震下6度区框架出铰较少,7度、8度区框架以柱铰为主,并出现了层侧移机构,结构抗震能力不足,与震害现象基本相符9,度区形成了以梁铰为主的梁柱铰机构.现行规范措施除9度区以外均不能实现框架结构预期的破坏机制,提高强柱弱梁系数、减小轴压比和提高小震设计地震力等措施可有效避免柱铰机制.     

采用静-动力转换方法的钢管混凝土框架受火倒塌非线性分析

火灾引起结构倒塌不同于其他瞬时倒塌破坏（地震、冲击或者爆炸）,倒塌全过程为准静态平衡和动态相结合的复杂过程,为研究局部火灾引起的钢管混凝土框架结构倒塌破坏机理和动力响应,该文基于ABAQUS预定场和重启动功能,采用静-动力转换分析方法进行了某9层钢管混凝土空间框架结构体系的受火连续性倒塌非线性分析,研究该结构第6层角部开间受火场景下的倒塌破坏模态,分析梁、柱构件受火失效引起的空间框架全过程倒塌机理及整体结构产生动力效应的影响规律。框架梁柱构件均采用纤维梁单元,钢筋混凝土楼板采用分层壳单元,钢材和混凝土材性采用自定义开发的单轴本构材料模型。分析结果表明,静-动力转换方法可以较好地模拟结构受火倒塌全过程,节省了计算时间,又反映了结构的动力特性。由空间框架倒塌全过程示意可知,角柱失效后触发结构发生局部连续倒塌破坏,倒塌临界时间为253min(4.2h),结构整体的耐火时间远大于单个构件的耐火要求。火灾引起结构的局部倒塌全过程分为五个阶段：受火初期膨胀阶段,局部屈曲阶段,短暂平衡阶段,卸载阶段和局部倒塌破坏阶段,前四个阶段为长持时的准静态分析,第五阶段为非线性动力问题;此外,受火区域竖向构件失效后,其卸载传力路径遵循就近原则。     

竖向不规则RC框架结构连续倒塌动力放大系数研究

为研究竖向不规则钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)框架结构连续倒塌过程中的动力响应特征,以一系列不同布置形式的竖向不规则RC框架为对象,基于变换路径法,采用静力非线性和动力非线性分析方法,研究底层柱失效时建筑形式与动力放大系数之间的关系,并针对特定建筑形式提出塔群层数比和塔群跨数比。研究表明:GSA2003在静力非线性方法中所建议的动力放大系数2.0偏于保守;减小结构的塔裙层数比,降低结构不规则程度能够有效地提高剩余结构承受动力荷载的能力;在下部裙楼跨数一定的情况下,增大结构塔群跨数比能够降低结构连续倒塌的风险。     

基于变换路径法的竖向不规则RC框架动力增大系数研究

以一系列不同布置形式的竖向不规则RC框架为对象,基于变换路径法对底层中柱失效的框架分别进行了非线性静力和非线性动力倒塌分析,研究了动力增大系数的取值范围,提出了针对该特定结构形式的分类指标。结果表明：GSA2003中建议的动力增大系数2．0偏于安全,使所设计结构具有较高安全储备的同时,也难免造成一定浪费;随着塔裙层数比的增大,结构抵抗荷栽动力效应的能力逐渐降低,在偶然荷载作用下发生倒塌的风险也随之增大;减小结构塔裙层数比,降低结构不规则程度能够减小结构倒塌风险。     

梁板子结构的防倒塌机理研究

在模型验证的基础上,基于有限元软件对无板框架、无约束梁板子结构和有约束梁板子结构的抗连续倒塌能力进行对比,来研究边中柱移除工况下梁板子结构的抗倒塌机理。研究结果表明:连续倒塌发生时,梁板子结构中梁的悬链作用和板的薄膜效应可以提高结构的抗力,增加结构的变形能力;邻近楼板对梁板子结构的板边约束能大大增强结构的抗倒塌能力,但横向梁可能先于双跨梁发生破坏,因此在结构的抗倒塌设计中还应对横向梁的抗倒塌能力予以重视。     

钢筋混凝土框架柱端剪切破坏震害分析及对策

为避免钢筋混凝土框架柱在地震中因填充墙附加剪力导致剪切破坏,本文总结了近年来国内外破坏性地震中出现的典型柱端剪切破坏震害,采用ABAQUS对典型填充墙框架进行了水平推覆模拟,据此分析了框架柱端剪切破坏的受力机理,并以鲁甸地震中的一栋严重震损的实际结构为例,采用ABAQUS对典型填充墙框架进行了水平推覆模拟和受剪承载力计算.分析表明,填充墙附加剪力是造成框架柱端剪切破坏的主要原因.依据分析结果和已有试验成果给出了考虑填充墙附加剪力的柱端剪力荷载计算公式.震损结构案例分析表明,忽略填充墙附加剪力可能导致结构的抗倒塌能力严重下降,本文填充墙附加剪力公式计算结果与有限元分析结果及实际震害符合较好,可供工程设计参考.     

穿斗式木结构中节点的抗弯性能试验研究

以西南传统民居穿斗式木结构穿销中节点为研究对象,设计制作了2个足尺横向中节点和2个足尺纵向中节点模型试件,分别对两类节点进行单调加载和低周往复加载试验,得到两类节点的破坏模式、抗弯承载力、抗弯刚度、延性和耗能能力.结果 表明:横向中节点主要在榫卯挤压区域发生嵌压塑性变形以及在木销受荷区域发生弯剪变形,纵向中节点易在榫颈...