基于楼板双向受拉模型的钢框架结构连续倒塌分析

组合楼板作为钢框架结构的主要构件,对结构的抗连续倒塌能力产生较大影响,但现有的结构抗连续倒塌研究大多没有考虑楼板的影响。基于组合楼板的双向受拉模型,分析组合楼板在钢框架结构连续倒塌过程中的受力,提出考虑楼板拉结力作用的失效点竖向承载力简便计算方法。基于简化模型,通过有限元分析软件进行框架连续倒塌分析,验证计算方法的准确性,探讨楼板对塑性铰机制、极限承载力、失效点动态反应的振幅和周期的影响。研究表明,楼板能有效地提高结构抗连续倒塌性能。     

基于楼板薄膜效应的钢框架抗连续倒塌研究

组合楼板作为钢框架结构的主要构件,在支撑柱失效情况下能产生很大的挠度,进而产生薄膜效应影响结构的抗连续倒塌性能。通过研究楼板挠曲悬链线阶段组合楼板薄膜效应对多层钢框架抗连续倒塌性能的影响,分析组合楼板在连续倒塌过程中的受力,提出考虑楼板薄膜效应的结构承载力计算方法。通过有限元分析软件进行框架连续倒塌分析,验证计算方法的准确性,探讨楼板对塑性铰发展、结构极限承载力、失效点位移的影响。研究表明:组合楼板能显著提高结构的抗连续倒塌性能。     

砌体填充墙钢框架结构三支杆模型的抗连续倒塌分析

组合结构中填充墙对结构的强度、刚度及延性有显著的影响。在连续倒塌工况下框架和墙之间的相互作用直接影响组合结构的刚度和动态特性,在设计中直接忽略填充墙作用的方法并不经济、安全。提出一种简单方法,将填充墙等效为三支杆模型来估算砌体填充墙钢框架在角部压碎模式下的刚度、竖向承载力。通过已有的砌体填充墙钢框架失效的数据建立非线性简化模型,对此模型进行连续倒塌分析得到填充墙对组合结构刚度、动态特征的影响。研究表明填充墙能有效提高结构抗连续倒塌能力。     

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。     

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。     

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。     

节点刚度对外伸端板连接钢框架结构抗连续倒塌性能的影响研究

为研究节点刚度对外伸端板连接钢框架结构抗连续倒塌性能的影响,本文利用ANSYS14.0建立两个6层平面钢框架的有限元模型,梁柱节点分别为刚性节点和半刚性节点,半刚性节点利用非线性弹簧单元Combin 39单元进行模拟。考虑材料非线性及几何非线性,采用备用荷载路径法对其进行非线性静力分析(采用Pushdown analysis)及非线性动力分析。结果表明:柱破坏时,与刚性节点平面钢框架相比,半刚性节点平面钢框架的塑性铰出现较晚,失效点竖向位移增大,结构的竖向承载能力降低,更易发生倒塌破坏,因此,进行外伸端板连接钢框架结构的抗连续倒塌分析时应考虑节点刚度的影响,否则会高估其抗倒塌能力,带来偏不安全的结果。     

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。     

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。     

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。     

填充墙对混凝土框架结构抗震性能影响的静力弹塑性分析

采用三支杆模型建立了填充墙框架结构的力学模型,分别对两类填充墙框架结构和纯框架结构进行了两种常规侧向力加载模式下的静力弹塑性分析,研究了结构的基底剪力-顶点位移关系曲线、性能点处结构的层位移和层间位移角以及塑性铰的发展情况.计算结果表明,填充墙的加入使结构抗侧移能力和承担的剪力显著增大,填充墙的不合理布设使结构出现薄弱层,易导致结构整体倒塌.在结构抗震设计中,应考虑填充墙与框架结构协同工作.     

钢框架-钢板剪力墙结构滞回性能试验研究

将钢板剪力墙作为抗侧力体系嵌入半刚性钢框架中,形成半刚性钢框架-钢板剪力墙结构(SFSW)。为研究SFSW的滞回性能,对一榀1/3比例两层单跨试件进行循环加载试验,分析结构的承载力、延性、耗能和破坏机理。基于塑性原理,提出了结构水平极限承载力的简化计算方法。结果表明:结构侧向承载力高、延性及耗能良好;结构拥有理想的内力传递途径与分配方式,钢板剪力墙承担大部分水平荷载,钢框架承担大部分倾覆弯矩;钢板剪力墙的过早屈曲使结构刚度弱化、耗能能力下降;提出的塑性简化计算方法可以用于估计结构水平极限承载力。     

考虑填充墙影响的防屈曲支撑-钢框架抗震性能分析

按照7度设防标准设计一20层平面钢框架,采用层刚度比方法布置防屈曲支撑,通过计算分析选出合理的刚度比例。采用Wael三撑杆模型、改进的Atkinson和Yan本构关系曲线模拟填充墙,并建立含填充墙的20层防屈曲支撑-钢框架模型。采用增量动力分析(IDA)方法并结合ATC委员会的提出的倒塌储备系数(CMR)评价方法,对防屈曲支撑-钢框架和含有填充墙的防屈曲支撑-钢框架进行了抗震性能对比研究。结果表明,填充墙可以显著提高结构的抗侧刚度,并能增强结构在罕遇地震下的抗倒塌能力,通过合理的布置防屈曲支撑可使7度设防钢框架基本实现8度"大震不倒"的设防目标,同时表明CMR抗震性能评估方法在长周期结构中的应用需进一步研究。     

钢筋混凝土框架填充墙结构抗震性能分析

针对砌体填充墙框架结构在地震作用下的受力特点,结合汶川地震,分析了填充墙框架结构产生震害的主要原因。建立了填充墙简化分析的等效双压杆模型。着重研究了地震荷载作用下,填充墙对框架性能的影响。结果表明,砌体填充墙对提高结构的抗侧刚度和强度有一定的作用,改变了框架结构塑性铰的分布和发展水平。同时也表明,砌体填充墙在地震作用时有一定的耗能能力。     

不同组合梁类型对钢管混凝土框架抗连续倒塌承载力影响分析

不同的组合梁构造形式对钢管混凝土框架的抗连续倒塌性能有着显著的影响。参考某实际工程选取一典型2层2跨平面框架,选取钢筋混凝土组合梁、预制空心带肋叠合组合梁以及压型钢板组合梁三种组合梁形式,通过采用Pushdown分析法研究不同类型组合梁对钢管混凝土框架结构抗连续倒塌性能的影响。基于有限元软件ABAQUS,采用精细单元法建立钢管混凝土平面框架进行数值分析,研究其倒塌全过程工作机理,计算荷载-位移曲线、钢梁截面内力。结果表明:三种组合梁框架结构的倒塌破坏都经历弹性阶段、弹塑性阶段、压拱阶段、塑性阶段、混合阶段及悬链线阶段;三种类型的组合梁对组合框架的初始刚度都有明显提高;三种类型组合梁都能延缓塑性铰发生破坏并且对框架结构倒塌过程中各阶段极限承载力都有大幅提升。     

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。     

框架填充墙的等效弹簧斜撑模型

填充墙的破坏形式较为复杂,为了有效地模拟填充墙的非线性性能,在对恢复力模型研究的基础上,提出静力非线性分析方法.由于SAP2000软件中无法直接模拟填充墙的非线性性能,本文结合填充墙的破坏特征,使用LINK单元建立填充墙等效模型,通过与试验结果对比,验证了该模型的合理性.在此基础上,以某5层框架填充墙结构为算例,建立考虑填充墙和不考虑填充墙的分析模型,分别进行了模态分析和Pushover分析.分析结果表明,考虑填充墙影响的周期折减系数为0.4 ～0.5,填充墙对框架结构中塑性铰的出铰顺序、塑性铰的发展情况都会产生重要影响.     

连接方式对填充墙平面外性能的数值模拟分析

为了研究填充墙和框架之间的连接方式对填充墙的平面外性能的影响,通过利用ABAQUS结构非线性软件建立5种不同连接方式的模型,模拟填充墙在平面外力作用下的破坏模式,分析不同模型的荷载位移曲线以及等效塑性应变。研究结果表明:在框架填充墙倒塌破坏中平面外力的影响很大,因此平面外受力越大,墙体可能产生的塑性变形和破坏程度越大;填充墙的平面外承载力也随着填充墙与框架梁、柱的刚性连接而加强,从而保证结构整体的承载力和塑性变形能力。     

局部爆炸作用下混凝土框架结构抗连续倒塌设计

采用替代路径法对按我国规范设计的钢筋混凝土框架结构进行局部爆炸作用下抗连续倒塌设计验算和再设计.竖向构件移除位置、荷载组合、构件失效准则以及结构破坏范围限值均参考美国<结构抗连续倒塌设计>(UFC4-023-03)中的规定,改进了其中的构件塑性铰模型,采用条分法得到了纯弯和压弯构件塑性铰的荷载-变形全过程,以合理描述构件受力性能.研究发现,常规设计难以保证结构在局部爆炸作用下不发生连续倒塌.随后进行了参数研究,以认识重要参数对结构抗连续倒塌性能的影响.结果表明,减少柱距后结构抗连续倒塌性能提高明显,而提高结构抗震设防烈度的方法效果不明显,增加结构层数则会削弱结构的抗连续倒塌能力.在此基础上给出了三个抗连续倒塌设计方案并进行了经济性比较.比较表明,同时提高结构的冗余度和构件的承载力具有较好的经济性.