钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能的试验研究

偶然荷载作用下预知结构的失效机理以及为之提供新的荷载路径是结构抗倒塌设计中很重要的方面。本文提出了一种模拟框架结构倒塌破坏的拟静力试验方法并完成了一榀4跨3层的钢筋混凝土平面框架的倒塌试验。试验中,用机械千斤顶替换底层的中柱以模拟其失效,用电液伺服作动器采用力控制的方式作用在顶层中柱模拟上部结构重力荷载。作动器施加的力通过中柱传递给底层千斤顶,随着千斤顶的逐渐卸载,中柱顶部的作用力通过框架梁传递到两边的柱。在中柱位移456mm时框架梁中钢筋被拉断而倒塌。本文基于试验结果与现象对试验模型框架受力过程进行了分析,并对结构受力机制的转换过程进行了探讨,通过计算得出结论,塑性机构破坏荷载大约为悬索机构破坏荷载的70%,且可用其来预估框架考虑悬索作用的极限承载能力。     

装配整体式混凝土框架结构抗连续倒塌试验研究

节点连接的破坏和失效显著影响装配整体式混凝土框架结构在连续倒塌大变形下的抗力机理、破坏模式和变形能力。为研究装配整体式混凝土框架结构的抗连续倒塌性能,设计了3个1/3缩尺的两跨梁柱子结构试件,开展了拟均布加载下的静力连续倒塌试验和理论计算分析。包含1个现浇对比试件RC和2个采用不同梁柱纵筋连接方式的装配整体式试件PC,即梁钢筋通过机械套筒连接和锚固板锚固、柱钢筋通过半灌浆套筒连接的试件,梁钢筋通过90°弯折锚固、柱钢筋通过约束浆锚连接的试件。试验发现：由于后浇区混凝土强度的提高,装配整体式试件的压拱机制峰值荷载较现浇对比试件分别提高22.9%和20.2%;拟均布加载下,梁最终变形呈曲线,该变形模式下节点需要提供更高的转动能力才能保证梁整体变形满足T/CECS 392—2021《建筑结构抗倒塌设计标准》的挠度要求;在悬链线峰值荷载时相邻跨梁提供的水平约束能有效限制边柱的水平变形和装配式试件的坐浆层滑移。理论计算表明,装配整体式试件的压拱作用的倒塌抗力贡献率低于现浇对比试件,其原因是边柱坐浆层滑移削弱了梁端约束,进而降低了压拱机制承载力。采用能量原理评估了试件的动力倒塌抗力,由于压拱机制下的累积耗能能力较高,装配整体式试件的动力倒塌抗力分别比现浇试件提高了16.8%和18.8%。     

钢筋混凝土单向梁板子结构抗连续倒塌试验研究

梁和板组成的楼盖系统是框架结构的主要抗连续倒塌构件。为了分析各类结构参数对钢筋混凝土楼盖系统抗连续倒塌性能的影响,该文首先根据《混凝土结构设计规范》GB 50010—2010设计制作了8个钢筋混凝土单向梁板子结构缩尺试件,这些试件具有不同的截面尺寸和配筋率。然后通过竖向加载试验研究这些试件在中柱破坏后的材料变形/损伤和抗连续倒塌承载力。试验结果表明：带楼板的子结构试件的承载能力明显高于相同截面的梁试件的承载能力;试件在梁机制阶段的承载能力主要由截面尺寸和钢筋面积所决定,而悬链线机制阶段的承载能力主要由截面中连续钢筋面积所决定;楼板的宽度、厚度和板内配筋以及梁高对梁机制下的承载力有较大的提高,其中板宽在大于一定值后影响变得不显著;只有楼板宽度和楼板配筋率对悬链线机制下的承载力有显著影响;梁内抗震配筋对缩尺试件在两个阶段的抗连续倒塌承载力影响都不大。     

机械套筒连接预制混凝土结构抗连续倒塌机理

为研究机械套筒连接预制混凝土(PC)结构的抗连续倒塌性能,对2个1/2缩尺PC子结构开展了试验研究,获得了PC子结构的破坏模式、竖向抗力-位移曲线、水平反力-位移曲线和梁挠度曲线。通过有限元软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型,并开展了数值分析。结果表明:子结构破坏主要集中在梁端,其中靠近中柱的梁端破坏相较于靠近边柱的梁端破坏更为严重; 梁-柱节点区域未发生明显破坏,试件的最终失效由中柱两侧梁端纵筋断裂控制,采用机械套筒连接可以保证梁底部钢筋的连续性; 压拱阶段和悬索阶段子结构主要通过梁截面剪力和轴拉力传递荷载; 增大钢筋直径可以显著提高子结构的第一峰值承载力和极限承载力; 混凝土抗压强度对于机械套筒连接PC子结构的承载力影响不大,但提高混凝土强度会提高混凝土与钢筋间的黏结力,导致梁纵筋更早发生断裂。     

湿式连接装配式混凝土框架抗连续倒塌静力试验研究

梁柱节点连接在大变形下的承载和变形能力对装配式混凝土框架结构抗连续倒塌性能具有显著影响。对4个不同湿式节点连接的装配式混凝土框架试件和1个现浇试件进行了静力连续倒塌试验,其中梁采用了机械套筒、弯起锚固和预应力连接,柱采用套筒灌浆和浆锚搭接连接。研究发现：采用机械套筒时梁钢筋在套筒处集中断裂,试件在压拱机制和悬链线机制下的倒塌抗力均显著降低;梁钢筋采用弯起锚固时,试件受力行为和倒塌抗力与现浇试件基本一致;预应力能够显著提升试件在两个机制下的倒塌抗力,但是在极限倒塌变形下预应力锚具传递较大的集中力,导致节点区混凝土的局部劈裂破坏;柱钢筋的套筒灌浆和浆锚搭接连接能够承受连续倒塌大变形下的水平剪力作用,但是柱接缝灌浆层在显著的水平剪力作用下发生滑移,减弱了柱对梁的约束;机制转换时,压拱机制轴压力对试件倒塌抗力产生负贡献;机械套筒和预应力连接试件的梁轴力对倒塌抗力贡献比例分别高于和低于现浇混凝土试件。     

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。     

现浇与装配整体式混凝土空间框架子结构的抗连续倒塌性能试验对比研究

为研究装配整体式混凝土空间框架结构抗连续倒塌性能与现浇结构的异同，设计并制作了3个2/3缩尺、3梁4柱的混凝土空间框架子结构试件，对中柱进行了力-位移控制的静力加载试验。其中一个试件是现浇混凝土(RC)结构，另外2个试件是装配整体式混凝土(PC)结构，梁柱节点构造分别采用90°弯钩连接及锚固板焊接连接两种形式。根据抗力、位移、应变、裂缝发展及破坏形态等试验结果对试件的受力变化及抗力机制进行了分析。结果表明：PC试件梁端的裂缝发展更集中，而RC试件的梁端裂缝分布更均匀，这对结构受力更有利。RC试件的抗连续倒塌能力优于PC试件，在压拱阶段两者差别不大，但在悬链线阶段，RC试件的荷载最大值为167kN，分别为90°弯钩节点构造形式和锚固板焊接节点构造形式的PC试件的1.57倍和1.22倍，并且RC试件钢筋断裂更晚，具有更好的塑性发展空间。     

焊接连接预制混凝土梁-板子结构抗连续倒塌性能研究

通过试验与有限元分析研究焊接连接预制混凝土(PC)梁-板子结构的抗连续倒塌性能。在实验室制作1个焊接连接PC梁-板子结构缩尺模型,采用Pushdown加载方法并考虑工作荷载对结构倒塌过程的影响,研究该子结构在去除1个边柱工况下的抗力曲线、梁板变形、钢筋应变及有效抗力机制。试验结果表明,尽管假设动力放大系数为2.0,试验模型在瞬间移除1个边柱工况下也不会发生连续倒塌,焊接连接PC试件的破坏首先发生于焊缝处栓钉断裂。为了解焊接连接PC子结构抗倒塌机理及各主要构件的抗力贡献,通过商业软件ANSYS/LSDYNA进行数值分析并开展拓展分析。通过对比试验及有限元模拟结果发现,采用LSDYNA软件可以准确模拟试件的破坏模态及受力特性。有限元分析结果表明：在受荷初始阶段,预制板及叠合层对抗倒塌承载力的贡献只占30%,抗力主要由预制梁发展梁机制承担;但是在后期大变形阶段,预制板及叠合层对抗倒塌承载力的贡献可高达80%,叠合层中的钢筋网发展拉膜作用是后期大变形阶段试件的主要抗力机制。     

无黏结预应力梁-柱子结构抗连续倒塌机理研究

为了研究中柱失效下不同钢绞线布置形式(直线型和抛物线型)的无黏结预应力混凝土(UPC)结构的抗连续倒塌机理,对1/2缩尺的2个后张拉无黏结预应力混凝土梁-柱子结构和1个钢筋混凝土(RC)梁-柱子结构进行Pushdown加载。试验结果表明：直线型布筋和抛物线型布筋UPC梁-柱子结构相比于RC梁-柱子结构的极限荷载分别提高95%和189%,但设置预应力筋会增大梁-柱子结构的水平拉力,导致UPC梁-柱子结构的边柱相比于RC梁-柱子结构的破坏更加严重;RC梁-柱子结构和抛物线型UPC梁-柱子结构的破坏由钢筋断裂控制,而直线型UPC梁-柱子结构的破坏由钢绞线断裂控制。通过有限元软件LS-DYNA建立精细化有限元模型,在验证模型准确性的基础上展开有限元分析。分析结果表明：当预应力筋配筋率相同时,中柱失效工况下直线型布置比抛物线型布置的UPC梁-柱子结构极限荷载高20%～58%;直线型预应力筋可在加载全过程发展悬索机制抵抗倒塌,而抛物线型预应力筋仅当中柱位移超过1倍梁高时开始发展悬索机制。     

方钢管柱-H形梁栓焊混合连接节点抗连续性倒塌性能试验研究

以2个方钢管柱-H形梁内隔板式刚性连接节点试件为研究对象,采用双半跨单柱型梁柱子结构,通过静力加载试验研究梁柱节点在中柱失效的连续性倒塌条件下的力学性能。试件梁柱节点采用栓焊混合连接方式,2个试件的腹板分别采用不同的螺栓排列形式。结果表明,试件的破坏均出现在节点区,发生于梁弦转角达到0.06 rad之后。最不利梁截面破坏时,首先发生下翼缘断裂,采用螺栓单列布置的试件发生下排螺栓孔壁局部承压与冲剪顺序破坏,而采用螺栓双列布置的试件发生剪切板内列螺孔处净截面开裂。梁柱子结构在加载前期主要通过受弯机制提供竖向抗力,在加载后期逐渐转变为依靠悬索机制抵抗上部荷载,且悬索机制最终可提供的竖向抗力高于前期受弯机制提供的竖向抗力。与梁柱节点采用腹板螺栓中部集中布置形式相比,腹板螺栓沿梁高度分散布置更利于梁翼缘开裂后剩余截面发展轴向拉力,可提高悬索机制竖向抗力与节点鲁棒性。     

地震作用下钢框架结构抗竖向连续倒塌可靠度分析

为了对偶然荷载作用下结构的抗连续性倒塌进行可靠度研究,采用OpenSEES软件建立钢框架连续倒塌分析数值模型,考虑到钢框架结构材料和荷载的不确定性,使用拉丁超立方抽样方法生成钢框架结构随机样本,并采用随机Pushover算法对钢框架结构进行分析,计算得到X、Y两个方向不同地震水平下各钢柱承载能力及变形能力的可靠度指标,根据抗震可靠度相关理论确定目标可靠度指标,通过比较各柱的可靠度指标和目标可靠度,对结构在地震作用下最可能失效构件进行识别。基于所识别的最可能失效构件,结合所生成的100组钢框架结构随机样本,采用拆除构件法对钢框架结构在单柱失效和多柱失效等工况下进行抗连续倒塌IDA分析,得到随机IDA分析曲线。通过结构连续倒塌极限状态方程,计算得到损伤结构发生连续倒塌的概率及连续倒塌条件可靠度指标。采用基于风险的结构连续倒塌概率表达式,分析地震作用下钢框架结构发生局部破坏后的连续倒塌全概率可靠度,为准确评价钢框架结构在地震作用下的抗连续倒塌能力提供依据。     

浅谈钻孔灌注桩施工质量控制措施

针对钻孔灌注桩在施工过程中易出现的孔壁塌陷、扩径、钢筋笼上浮、桩身夹泥及断桩等质量问题进行了深入地探讨、分析，并针对不同的情况提出了相应的措施，以保证钻孔灌注桩的工程质量。     

钢桩加斜支撑支护在基坑事故中的应用

一个深6m的基坑，原设计为垂直式土钉墙，施工中发生坍塌，通过分析事故的各种诱发因素，综合确定采用钢桩加斜支撑支护方案，经过短短4d时间的抢修，修复了坍塌的基坑侧壁，恢复道路交通完成基坑支护，为同类工程的抢修提供借鉴。     

Collapse analysis of regular and irregular tall steel moment frames under fire loading

This study is carried out to evaluate the progressive collapse of steel buildings under fire event. To this end, a 15‐story steel structure with moment‐resisting system and composite floors is considered. The effects of various parameters such as beam section size, gravity load ratio, vertical irregularity of resisting system, and location of fire compartments on collapse modes are investigated numerically. Different temperature‐time curves are defined across the composite floors according to the Eurocode 4. It is found that local collapse of the frames at the ground floor fire is triggered by the buckling of the interior heated columns at approximately 540°C. The redistributed loads by floors delay the global collapse at least 45 min. Increasing gravity loads accelerates the global collapse of the frames significantly. The heated columns of the middle floor buckle at higher temperature compared to the ground floor heated columns and no global collapse occur due to this scenario. In general, the potential of collapse of the regular and irregular frame due to fire in the edge bay is higher compared to the fire in the middle bay. It is also found that the local and global collapse of regular frames occur earlier than irregular frames.     

某钢结构厂房垮塌事故分析

在对一栋始建于20世纪80年代的钢结构厂房的垮塌事故进行调查的基础上,以有关规范为依据,从结构的支承体系、连接措施与构造措施等方面对该厂房的垮塌原因进行了分析,对该厂房的垮塌事故进行了总结,并提出了对钢结构厂房进行改造的有关建议。     

某轻钢厂房倒塌事故分析

通过对某轻钢厂房在一次大雪中倒塌事故的检测鉴定,对该钢结构厂房的倒塌事故进行全面分析,并对当前钢结构设计施工中存在的问题提出建议.     

火灾后钢结构厂房的安全性评估

为了对受火灾影响钢结构厂房进行安全性评估,对火灾后相邻倒塌厂房进行了材料性能试验研究,结果表明,目前火灾后钢材残余强度的计算方法有较大误差,现场检测可以根据钢材表面特征定性判断材料强度损失,但要精确估计火灾后钢材的残余强度宜进行材料试验。另外,高强螺栓连接性能应引起评估人员关注。检测试验结果及安全性评估结论可供类似工程参考。     

多层组合钢框架建筑的三维非线性动力连续性倒塌分析——参数研究

采用3维有限元模型进行多层组合钢框架建筑的连续性倒塌分析。当柱突然倒塌时,该模型可以反映多层建筑的整体3维性能。基于该模型,用于分析不同材料的结构性能的参数:结构钢的强度,混凝土的强度和钢筋网格尺寸。通过参数分析,给出延缓连续性倒塌的设计措施。     

某钢筒仓倒塌事故原因分析与鉴定

结合某钢筒仓倒塌事故实例,通过现场调查、取样与检测,以及上部钢结构的承载力验算,从材料、设计、施工等方面对倒塌事故的原因进行分析与鉴定.