填充墙RC框架结构抗连续性倒塌性能数值模拟研究

为研究填充墙钢筋混凝土（RC）框架的抗连续性倒塌性能,对其进行了数值模拟研究。基于LS-DYNA软件,建立了填充墙RC框架的连续性倒塌分析的精细化有限元模型。模型中采用连续面盖帽模型模拟砖砌体,采用接触算法模拟砂浆。通过对4榀1/4缩尺的RC框架（两榀纯框架和两榀带填充墙框架）的Pushdown试验结果进行模拟分析,验证了有限元模型的精度,并分析了填充墙厚度和砌体强度对RC框架抗连续性倒塌性能的影响。分析结果表明：在所有失柱工况中,失去中柱的填充墙RC框架抗连续性倒塌的峰值荷载最大,填充墙对失去中柱的RC框架的提高作用有限;在移除角柱工况下,填充墙RC框架的抗连续性倒塌峰值荷载最小,填充墙对失去角柱的RC框架的提高作用显著。填充墙厚度比砌体强度对RC框架抗连续性倒塌峰值荷载的提升作用影响更为显著。     

全填充墙钢筋混凝土框架不同失效工况下的抗连续倒塌机理研究北大核心

为研究失效工况对全填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗连续倒塌性能的影响,基于有限元软件ABAQUS,建立了不同失效工况下的全填充墙RC框架的抗连续倒塌分析的精细化有限元模型,选取了合适的本构模型,并与已有的试验研究结果进行了对比,验证了建模方法和本构关系选取的合理性。在此基础上,通过对比分析了不同失效工况下的全填充墙RC框架结构抗连续倒塌的全过程荷载-位移关系、试件的整体破坏模式以及填充墙的局部破坏模式。结果表明:中柱失效工况下全填充墙RC框架的峰值荷载最高,次边柱失效工况下次之,边柱失效工况下最低;全填充墙RC框架边界在强约束作用下,与失效柱相连的框架梁发生破坏,但相邻柱并不发生破坏,且填充墙会形成撑杆效应,而弱约束作用下,试件框架梁和相邻柱均会发生破坏,边界一侧无约束作用下,破坏会向有边界约束侧的相邻跨发生传递。     

全填充墙钢管混凝土组合框架抗连续倒塌性能研究

现有建筑结构的抗连续倒塌设计主要以提高失效柱上部梁构件的梁机制和悬链线机制承载力作为主要的设防目标,忽略了既有非结构构件共同承担竖向构件失效后的抗倒塌能力贡献。为研究填充墙对钢管混凝土组合框架抗连续性倒塌性能的影响,该文对拆除中柱构件后的全填充墙钢管混凝土柱 压型钢板组合梁框架剩余结构进行单调竖向静力加载,获得试件竖向荷载 位移关系曲线、整体/局部破坏模式以及构件关键部位的应变变化曲线,并与钢管混凝土组合框架倒塌试验结果进行对比分析。研究结果表明：该类结构的荷载 位移关系曲线分为四个阶段,弹性阶段、弹塑性阶段、裂缝发展阶段和破坏阶段。填充墙作用可以提高钢管混凝土组合框架的抗倒塌承载力,但结构的延性有所降低。基于试验研究结果,利用ABAQUS/Implicit建立了全填充墙钢管混凝土组合框架抗倒塌精细化有限元模型,并验证了建模方法的合理性。在此基础上,分析了不同填充墙开洞率对钢管混凝土组合框架抗倒塌承载力和破坏模式的影响,发现不同开洞率对试件的初始刚度、峰值荷载和位移延性均有一定影响,研究结果以期为该类结构的抗倒塌设计提供一定的参考。     

基于填充墙等效斜压杆模型的钢框架结构连续倒塌分析

填充墙作为钢框架的主要组成部分,对结构的抗连续倒塌性能有一定的影响,但实际工程设计与研究中没有考虑填充墙的影响。在连续倒塌工况下,分析填充墙在钢框架结构的受力情况,提出填充墙的等效压杆模型的极限承载力计算方法及简化方法,得到考虑填充墙作用下塑性铰阶段的失效点竖向承载力。通过有限元分析对已简化的模型进行框架连续倒塌分析,验证计算方法的准确性,探讨填充墙对塑性铰的形成发展、极限承载力值的影响。研究表明,填充墙能有效提高结构抗连续倒塌性能。     

考虑全填充墙作用的钢筋混凝土框架抗连续倒塌性能分析

为探究钢筋混凝土(RC)全填充墙框架在边中柱失效情况下的抗连续倒塌性能及其承载力计算方法,基于已有试验和有限元程序OpenSees建立宏观有限元数值模型展开研究。数值模型中的梁柱采用基于力的纤维梁单元模拟,填充墙则转化为等效斜撑并用桁架单元进行表征。填充墙宏观模型涉及等效斜撑的宽度、数量和相应材料属性的确定,为此对比了不同等效斜撑模型的适用性,确定了一种连续倒塌工况下全填充墙的宏观模拟方案。进而利用验证的数值模型,揭示全填充墙框架防倒塌的荷载传递机制,并研究了层数和填充墙砌体抗压强度对抗倒塌性能的影响。结果表明：全填充墙框架荷载主要通过墙体对角传递且全填充墙会与周围框架形成一种桁架机制;随填充墙砌体抗压强度降低,结构抗力峰值呈下降趋势。最后,以填充墙和周边框架竖向承载刚度比为基本参数,建立了通过求得填充墙和框架刚度以及纯框架理论弯曲承载力,便可快速评估规则RC填充墙框架防倒塌能力的回归模型。     

开洞对RC框架填充墙平面外受力性能的影响

基于ABAQUS有限元分析软件,建立了钢筋混凝土(RC)框架砌体填充墙结构非线性有限元模型,并对框架砌体填充墙结构破坏全过程进行了模拟,验证了所建模型的可靠性。建立了200 mm厚的填充墙模型,分析不同开洞率、开洞位置、开洞形状对RC框架填充墙结构纵墙平面外抗震性能的影响,根据填充墙的等效应力云图和等效塑性应变云图,对模型的受力情况及填充墙的破坏形式进行分析,总结了开洞对填充墙平面外受力性能的影响。结果表明:在开洞率为10%,20%,30%,40%的框架填充墙模型中,开洞率越小,填充墙的平面外破坏就越接近脆性破坏; 开洞率为10%的填充墙框架尺寸不变时,开洞靠近框架柱开设,填充墙出现裂缝的层间位移角更小,发展更迅速; 开洞率为20%的填充墙框架尺寸不变时,开洞的高宽比越小,填充墙的边界裂缝和水平横缝出现的层间位移角越大。     

基于易损性的RC空间框架填充墙结构连续倒塌能力分析

为研究填充墙对RC空间框架抗竖向连续倒塌能力的影响,对一栋6层双跨RC框架结构采用OpenSees有限元软件进行了建模,利用集中塑性的beamWithHinges单元模拟填充墙的性能。考虑到结构的不确定性,在有限元模型的基础上采用改进的拉丁超立方体抽样法获得了性能不同的100个纯框架结构和100个框架填充墙结构,并采用PDA方法和竖向IDA方法对取得的样本进行了易损性分析和对比。分析结果表明：填充墙提高了框架结构的抗倒塌能力,发生连续倒塌概率相同的情况下,框架填充墙结构的承载能力要比纯框架结构的高10%~20%。此外,两种分析方法对纯框架结构的抗连续倒塌能力分析差别较小,而对于带填充墙的框架结构,PDA方法计算结果则偏于保守。     

锈蚀RC框架结构连续倒塌抗力机制研究

为研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土(RC)框架结构连续倒塌抗力机制的影响,对3个1/2缩尺RC梁-柱子结构开展了拟静力Pushdown试验,其中1个未锈蚀RC梁-柱子结构作为对照,另2个RC梁-柱子结构在节点区采用电化学加速锈蚀方法模拟钢筋锈蚀。试验结果表明：钢筋锈蚀会影响RC梁-柱子结构的裂缝开展顺序及钢筋断裂位置,同时钢筋锈蚀会削弱压拱机制及悬链线机制对RC结构抗连续倒塌能力的提升作用。在边节点锈蚀率为28.6%和中节点锈蚀率为5.2%的情况下,RC梁-柱子结构的第一峰值荷载和极限荷载分别降低了31.2%和57.4%。基于试验结果,通过对比分析验证不同压拱机制理论计算模型及悬链线机制理论计算模型评估锈蚀RC梁-柱子结构连续倒塌抗力机制的有效性。通过对比分析发现：Lu等提出的模型用于评估锈蚀RC梁-柱子结构压拱机制下的第一峰值荷载的准确性高且离散性低;Yu等所提模型对锈蚀RC梁-柱子结构悬链线机制下极限荷载的评估结果较为准确,但偏于保守。     

Study on load resisting mechanism of corroded RC frame structures against progressive collapse

为研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土(RC)框架结构连续倒塌抗力机制的影响，对3个1/2缩尺RC梁-柱子结构开展了拟静力Pushdown试验，其中1个未锈蚀RC梁-柱子结构作为对照，另2个RC梁-柱子结构在节点区采用电化学加速锈蚀方法模拟钢筋锈蚀。试验结果表明：钢筋锈蚀会影响RC梁-柱子结构的裂缝开展顺序及钢筋断裂位置，同时钢筋锈蚀会削弱压拱机制及悬链线机制对RC结构抗连续倒塌能力的提升作用。在边节点锈蚀率为28.6%和中节点锈蚀率为5.2%的情况下，RC梁-柱子结构的第一峰值荷载和极限荷载分别降低了31.2%和57.4%。基于试验结果，通过对比分析验证不同压拱机制理论计算模型及悬链线机制理论计算模型评估锈蚀RC梁-柱子结构连续倒塌抗力机制的有效性。通过对比分析发现：Lu等提出的模型用于评估锈蚀RC梁-柱子结构压拱机制下的第一峰值荷载的准确性高且离散性低；Yu等所提模型对锈蚀RC梁-柱子结构悬链线机制下极限荷载的评估结果较为准确，但偏于保守。     

RC框架填充墙的计算模型探讨

为了使建筑结构设计过程中,合理考虑填充墙的作用,总结并探讨了RC框架填充墙的计算模型。砌体填充墙计算模型主要包括斜压杆模型、匀质化连续有限元模型及精细化有限元模型。通过分析及实例验证表明,填充墙采用匀质化连续模型,墙-框截面采用界面单元模型计算,能较好地评价RC填充墙框架的性能,应用于实际工程是可行的。     

开洞填充墙对框架结构受力性能影响的研究

通过有限元软件ANSYS对填充墙框架结构进行有限元模拟,并通过控制填充墙的开洞率研究了填充墙开洞对结构刚度、承载力等性能的影响。分析结果表明,墙体开洞会使结构的刚度和承载力有明显下降,在单调水平荷载作用下,开洞率越大,结构的承载力下降越多。     

加气混凝土砌块填充墙钢框架抗剪性能有限元分析

利用ABAQUS有限元软件,对一榀钢框架和一榀加气混凝土砌块填充墙钢框架的抗剪性能进行对比分析,在此基础上对加气混凝土砌块填充墙钢框架的抗剪性能进行参数分析。对比分析结果表明加气混凝土砌块填充墙钢框架是一种较好的抗侧力结构体系,其初始刚度和抗剪承载力均明显高于纯钢框架;参数分析结果表明框架柱轴压比、墙体高厚比和墙体开洞率是影响加气混凝土砌块填充墙钢框架抗剪性能的主要因素。对未开洞加气混凝土砌块填充墙钢框架初始刚度的理论计算公式进行了推导,其计算结果与有限元分析较为吻合。     

两层单跨缩尺RC框架结构外爆炸试验数值模拟

基于已有1/4缩尺钢筋混凝土(RC)框架结构爆炸试验,采用有限元软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型,系统全面地分析了爆炸荷载作用下开口框架、带填充墙框架、带部分开洞填充墙框架、车库4种结构形式的动态响应行为,对爆炸冲击波超压、冲量、结构局部及整体响应情况进行了数值模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明:当空气、炸药网格尺寸为50 mm×50 mm时,有限元模型可以较好地预测爆炸冲击波的传播过程和结构响应情况; 框架中柱的正面反射超压模拟值呈上小下大的梯度分布; 框架中柱的冲量模拟值和试验值较为吻合,正面冲量呈上小下大的梯度分布,背面冲量在楼层位置和填充墙附近明显增大; 底层框架中柱的损伤破坏与试验接近,跨中位移模拟值和试验值相对误差小于5%; 填充墙能够阻止爆炸冲击波在结构内部传播,但显著增加中柱位置的冲击荷载和底层楼板上下表面压力差; 通过对比模拟结果与试验结果验证了数值模拟方法、网格尺寸、材料模型与参数取值的正确性与适用性,可为原型RC框架结构抗爆响应和破坏倒塌分析提供有益的参考。     

冲击荷载作用下腹板开洞钢梁抗连续倒塌性能研究

采用ABAQUS有限元软件,模拟了腹板开洞钢梁在冲击荷载作用下的抗连续倒塌性能试验,并对比同一荷载工况下腹板未开洞钢梁的力学性能。模拟结果表明:在冲击荷载作用下,钢梁腹板开洞对框架的冲击力时程曲线影响明显,对侧向位移曲线影响不大,冲击力峰值的差值及侧向位移最值差值较小,框架的变形破坏形式变化明显。     

填充墙RC框架结构抗连续性倒塌研究

论文基于备用荷载路径原理,采用非线性静力和非线性动力分析方法,研究了填充墙的布置对框架结构连续性倒塌性能的影响.建立一个4层RC框架结构模型,分别对纯框架结构和考虑填充墙布置的框架结构进行了分析,移除首层框架中柱,分析剩余结构在移除柱后的动力响应.分析结构表明,填充墙不仅能承受一定的竖向荷载,还能增大剩余结构的延性和失效跨内荷载重分配的范围,减小失效点的竖向位移,从而提高了结构的抗连续性倒塌能力.填充墙的不均匀布置对结构抗连续性倒塌性能有明显的消弱作用,在进行结构抗连续性倒塌设计时,应特别注意填充墙的数量和布置方式,避免形成薄弱层.     

钢板带加固砖填充墙RC框架抗震性能试验研究

为研究钢板带加固砖填充墙RC框架的抗震性能,设计了缩尺单层单跨的纯RC框架1个、砖填充墙RC框架1个以及钢板带加固砖填充墙RC框架2个,考虑砂浆强度的影响,并对钢板带施加一定的预应力。基于低周往复荷载试验,对比分析了不同类型框架的破坏过程、滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性和耗能能力。结果表明：钢板带加固砖填充墙RC框架可提高其承载力与耗能能力,但位移延性系数略有下降;钢板带加固基本不影响砖镇充墙RC框架的初始抗侧刚度,但是在层间位移角为1/100~1/50时,割线刚度可以提高24.6%~31.9%;螺栓孔对水平灰缝的削弱会影响填充墙的破坏形态;砂浆强度的提高会增加钢板带加固砖填充墙RC框架的初始抗侧刚度、峰值荷载与耗能能力。此外,提出了预应力钢板带加固砖填充墙RC框架的水平承载力计算方法,具有较好的预测精度。     

考虑填充墙影响的教学楼框架结构推覆分析

针对砌体填充墙框架结构在地震作用的下的受力特点,分析了填充墙RC框架结构产生震害的主要原因。建立填充墙简化分析的等效斜撑模型,利用SAP2000有限元分析软件进行填充墙框架结构教学楼的地震反应推覆分析。侧向加载模式分别采用振型荷载模式和均布荷载模式,主要考察填充墙对典型RC框架结构教学楼在大震作用下抗震性能的影响。分析结果表明:在大震作用下,结构达到能力谱方法确定的性能点时,按现行规范设计的框架结构教学楼的层间弹塑性变形能够满足规范要求。但填充墙的影响改变了框架结构塑性铰的分布和发展水平,尤其半高填充墙对框架柱的约束使得底层框柱可能发生剪切破坏,使结构在大震下倒塌的危险性增大。研究结果可为此类结构在大震作用下的抗震性能评价及抗震加固提供参考。     

填充墙外廊式RC框架结构倒塌振动台试验研究

为研究外廊式RC框架结构体系中填充墙对结构抗地震倒塌性能的影响,以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型,进行了一个缩尺比例为1∶4的外廊式框架结构模型振动台试验,得到了结构地震倒塌的全过程现象和破坏倒塌机制。试验结果表明：模型结构在振动台上的倒塌始于结构底层教室侧纵向框架柱的破坏,该侧框架柱破坏位置集中在柱端和半高填充墙位置处,形成明显塑性铰;之后,纵向另外两榀框架柱相继失效,造成结构底层率先倒塌,继而产生更大范围的逐层连续倒塌,与实际震害的倒塌模式基本一致。进一步利用ABAQUS有限元软件,建立了有无填充墙外廊式框架结构的数值模型,进行了底层柱剪力和塑性铰分布情况分析,结果表明,半高填充墙对柱的约束效应对结构损伤分布和破坏机制产生较大影响,建议在设计中应考虑填充墙的刚度,避免半高填充墙与柱的硬连接布置。     

Shaking table collapse test on exterior corridor RC frame with infill walls

为研究外廊式RC框架结构体系中填充墙对结构抗地震倒塌性能的影响，以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型，进行了一个缩尺比例为1∶4的外廊式框架结构模型振动台试验，得到了结构地震倒塌的全过程现象和破坏倒塌机制。试验结果表明：模型结构在振动台上的倒塌始于结构底层教室侧纵向框架柱的破坏，该侧框架柱破坏位置集中在柱端和半高填充墙位置处，形成明显塑性铰；之后，纵向另外两榀框架柱相继失效，造成结构底层率先倒塌，继而产生更大范围的逐层连续倒塌，与实际震害的倒塌模式基本一致。进一步利用ABAQUS有限元软件，建立了有无填充墙外廊式框架结构的数值模型，进行了底层柱剪力和塑性铰分布情况分析，结果表明，半高填充墙对柱的约束效应对结构损伤分布和破坏机制产生较大影响，建议在设计中应考虑填充墙的刚度，避免半高填充墙与柱的硬连接布置。     

RC空间框架填充墙结构的抗连续倒塌能力分析与鲁棒性评定

采用PDA(Pushdown Analysis)和竖向IDA(Increased Dynamic Analysis)方法,对RC空间框架填充墙结构进行竖向连续倒塌的确定性分析和鲁棒性评定。Pushdown分析得出的结果比竖向IDA分析得出的结果大很多,说明对于填充墙结构,静力Pushdown分析过于保守。对RC空间框架填充墙结构的鲁棒性进行了定量分析,发现填充墙对RC空间框架结构的抗竖向连续倒塌能力起到积极的作用,可从一定程度上提高结构的鲁棒性。