混凝土框剪结构的落层倒塌碰撞试验

开展了3 个单层钢筋混凝土框架-剪力墙模型结构的落层倒塌碰撞试验,具体分为低周反复推拉和单向推覆两个阶段。该文主要介绍第二阶段的试验情况,该阶段重点考察模型结构的落层倒塌模式和相应的碰撞荷载时程及其平面分布。试验结果表明:① 剪力墙面外折断和柱轴压比增大是诱发落层倒塌的重要原因;② 落层倒塌碰撞是一个多体接触的复杂动态过程,碰撞荷载时程包含两组波动;③ 碰撞荷载的大小与碰撞双方材质密切相关,混凝土构件撞击钢板产生的总碰撞荷载最大值是倒塌层及其以上总重力荷载(含楼板和梁的自重、柱和剪力墙自重的一半,以及全部配重)的7.90 倍,而混凝土构件撞击钢-混凝土组合板产生的总碰撞荷载最大值仅为倒塌层及其以上总重力荷载的3.58 倍。     

地震作用下钢框架落层倒塌效应模拟分析

为了研究地震作用下钢框架结构的落层倒塌效应,根据相关文献提供的9层钢框架模型,利用非线性显式动力有限元程序LS-DYNA分析其在地震作用下的结构响应,同时模拟相关文献中的振动台结构倒塌试验,分析结果同文献对比较为吻合,验证了模型的合理性。对该钢框架在强震作用下的倒塌效应进行仿真,分析表明强震作用下首先由于结构中部薄弱层层间位移角发展达到1/10并持续增大,发生落层倒塌,上部楼层碰撞作用于下部楼层,使下部相邻楼层柱轴力突增,加剧该层P-Δ效应,导致下层倒塌;此外第1层层间位移角亦发展达到1/10并持续增大,继而导致钢框架整体发生连续倒塌破坏。分析了落层倒塌碰撞作用下,薄弱层相邻下层柱总轴力变化规律,其动力放大系数可能大于规范取值。加强薄弱层抗侧刚度可有效防止钢框架发生倒塌破坏;合理设计的钢框架结构当薄弱层层间位移角超过规范限值但未出现持续增大现象时,不出现倒塌破坏。     

基于节点冲切破坏的板柱结构连续倒塌可靠性分析

从结构体系可靠度的角度认识钢筋混凝土板柱结构的抗连续倒塌性能,用Monte-Carlo连续成组抽样方法对以节点冲切破坏为主的板柱结构连续倒塌进行可靠度分析。在建立板柱节点功能函数的基础上,推演了抗冲切承载力分布及荷载基本变量分布和荷载效应组合的方法。通过计算初始条件下任意一个板柱节点失效的概率和一个节点失效条件下其他节点失效的条件概率,分析了不同位置板柱节点在抗连续倒塌中的重要性以及板柱结构的抗连续倒塌鲁棒性指标。结果表明：底层中柱节点冲切失效最容易引起其他节点的连续性破坏及倒塌,按我国规范设定了柱顶贯通受压钢筋的板柱结构鲁棒性指标比较高。     

浅谈板柱结构、板柱-剪力墙结构

板柱结构和板柱一剪力墙结构的使用正在进入一个新的阶段,本文针对这两种结构作了一些探讨。     

无粘结预应力混凝土板柱结构的优化设计

本文按现行规范的要求提出了一种比较完整的无粘结预应力混凝土板柱结构优化设计的数学模型，其内力分析方法采用等代框架法，用ＳＵＭＴ－Ｐｏｗｅｌｌ法求解优化设计模型，编制了相应的计算机程序，实际工程计算表明，优化收敛迅速，优化效果效果显著。     

RC空间框架结构竖向倒塌全过程试验研究与理论分析

采用抽柱法对一双层双向RC空间框架结构进行了拟静力倒塌试验,分别研究了框架结构底层边中柱失效后,剩余结构的竖向倒塌过程、倒塌机制和倒塌细节。试验结果表明：RC空间框架结构竖向倒塌分为外推阶段(拱作用阶段)、内收阶段(悬链线作用阶段)和倒塌阶段三个阶段;现浇楼板推迟甚至避免了梁铰出现,具体与现浇楼板对梁的约束大小有关;RC空间框架结构具有良好的抗连续倒塌性能,但应特别注意现浇楼板对结构抗连续倒塌性能的影响。在试验研究基础上,分析了RC空间框架结构竖向倒塌机制的转化过程,提出了最大侧向变形和临界塌落位移的计算模型和求解方法,建立了结构损伤指数模型。     

爆破移除钢筋混凝土框架柱倒塌性能试验研究

为研究钢筋混凝土空间框架结构的抗倒塌性能,采用爆破方式对一4层2跨2开间的RC框架结构短边中柱和角柱进行了快速移除倒塌试验,通过试验获取了爆破移除框架柱作用过程、结构的动力响应、柱的失效时间和空间空腹梁对荷载分布的影响等数据。试验结果表明:试验框架在快速移除边中柱与角柱后,柱头位移较小,结构没有发生倒塌,处于弹性变形范围。爆炸引起RC框架柱的失效时间约100 ms,结构变形晚于爆炸应力波40 ms左右。在爆破过程中,柱内纵向钢筋在应力波和爆轰气体压力共同作用下向外严重鼓曲变形,对上部结构产生较大的拉伸作用,加大了结构倒塌风险。横向或纵向的空间空腹梁作用是结构在柱失效后的荷载重分布的主要受力机理。     

钢筋混凝土异形柱空间框架抗倒塌试验研究

预知结构在偶然荷载作用下的失效机理和提供新荷载路径是异形柱框架结构抗倒塌设计的重要内容。进行1/3比例的两层3×2跨的底层边柱、角柱的突然失效试验及拟静力倒塌试验。分析钢筋混凝土异形柱空间框架的试验现象、裂缝分布、破坏过程及荷载-位移等,进行异形柱空间框架受力过程分析,研究异形柱空间框架结构的受力机制转换过程。研究结果表明：动力效应对异形柱空间框架的影响效果并不显著。试验中没有出现钢筋被拔出现象,裂缝主要集中在竖向构件支座处;异形柱空间框架的边柱、角柱倒塌破坏过程均经历了弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和悬链线阶段,边柱表现的悬链线效应远大于角柱的;楼板及梁的钢筋产生的悬链线效应在异形柱空间框架抗倒塌中发挥重要作用。     

次边缘柱失效下预应力混凝土框架抗连续倒塌性能研究

考虑到去柱后弯矩方向在去柱处出现反转并且可能与预应力筋布置形式相反,预应力混凝土结构具有较大的倒塌风险,该文通过拟静力试验和数值模拟研究了次边缘柱失效下无黏结预应力混凝土(PC)梁-柱子结构的抗连续倒塌性能。对2个具有不同预应力筋布置形式(直线型和抛物线型)的1/2缩尺梁-柱子结构进行Pushdown加载,分析了试件的破坏模式、抗力机制演变和极限承载力。为量化预应力筋的影响,制作了一个具有相同几何尺寸和非预应力筋配筋率的钢筋混凝土试件作为参考。结果表明：预应力筋可以显著提高结构承载力,同时改变结构的破坏模式,降低结构变形能力。预应力筋产生的水平拉力加剧了边柱的挠曲P-δ效应,使边柱提早发生大偏心受压破坏。为进一步了解预应力混凝土框架抗倒塌性能,基于有限元软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型开展系列参数分析。数值分析表明,预压应力可以增强压拱机制,预应力筋对于大变形阶段承载力的提高贡献显著。     

现浇混凝土空心板柱结构动力特性

在相同的柱网尺寸和荷载作用下，在混凝土的用量相等的情况下，建立三维仿真试验模型和三维等代框架模型分析了空心板柱结构和实心板柱结构弹性阶段的动力特性，分析了三维等代框架模型的计算准确程度。     

多维多点输入下大跨度连体高层结构地震反应振动台阵试验研究

利用振动台阵在多维多点激励下对大跨度连体高层结构的地震响应进行了试验研究. 试验中分别对结构输入了单维及多维、一致及不同视波速的行波激励以考察多维地震分量以及行波效应对结构地震响应的影响程度. 试验结果表明：多维地震分量将增大结构地震响应;行波效应可能使连接部位关键杆件的应力有明显增大;同时考虑多维多点时结构沿强轴向加速度响应有所减小, 而沿弱轴向加速度响应明显增大;连廊结构在考虑多维多点地震输入时其竖向地震响应将有明显放大. 因此在对此类结构进行抗震设计时应考虑多维多点地震激励的 影响.     

框架结构地震倒塌过程的多媒体视景系统研制

本文针对钢筋混凝土框架结构的特点,运用面向对象的建模理论创建了钢筋类、混凝土类、梁和柱类,建立了一套能模拟框架房屋地震倒塌过程的计算机仿真模型。结合可视化技术及多媒体系统集成原理,开发了框架倒塌仿真的多媒体视景系统,用户可交互式地输入参数,利用该系统对钢筋混凝土框架结构房屋地震倒塌的机理做了研究。仿真实例表明该系统能较好地反映实际框架结构的地震倒塌过程。     

爆破模拟地震动下框架抗震性能试验分析

通过爆破试验模拟天然地震,进行了地震动条件下中核厂区七层框架结构模型的动力响应现场试验,对所取得的试验数据进行统计回归分析,给出了能够预测适合本场地和本次爆破方式条件下爆破振动烈度的经验公式,并分析了土与结构动力相互作用对基础的影响,可为结构的基础设计提供参考。试验结果显示,该七层框架结构模型在地震烈度Ⅶ度下结构安全,故该结构在未来可能遭遇地震动条件下,抗震性能良好,可为框架结构抗振设计提供依据。     

汶川地震下框架结构的抗倒塌能力分析

从震害统计和数值模拟两个方面研究了按现行抗震规范设计的钢筋混凝土框架结构的抗倒塌能力。汶川地震大量钢筋混凝土框架结构震害统计表明,按7度抗震设防的结构在地震烈度达到9度或加速度峰值达到400gal,开始出现倒塌破坏(占1%~2%);当地震烈度达到11度或加速度峰值达到800gal以上时,出现大量的倒塌破坏(占60%以上)。进一步以汶川强震记录为输入,对两个典型的钢筋混凝土框架结构进行了增量动力分析。结果表明：7度抗震设防时可抵御300gal~500gal加速度峰值作用(地震烈度近似9度);按8度抗震设防时可抵御400gal~600gal加速度峰值作用(地震烈度近似10度)。总体上看按现行抗震规范设计的钢筋混凝土框架的超强系数基本大于2。     

带板钢筋混凝土框架连续倒塌理论分析

采用拆除构件法对一榀两层2×1跨带板钢筋混凝土框架结构进行拟静力倒塌试验,分析了框架结构底层边柱失效后,剩余结构竖向倒塌的变形破坏模式以及受力机制。试验结果表明：带板混凝土结构连续倒塌抗力先后由梁拱-板压膜机制、梁拱-板拉膜机制、梁悬索-板拉膜机制、板拉膜机制提供;结构变形先后经历外推、内收、倒塌三个阶段,结构最大抗力出现在框架柱内收-外推转换点（梁悬索-板拉膜机制）。框架梁破坏后,结构转化为板柱模型,现浇板仍能将抗力维持在较高水平。理论分析了结构竖向连续倒塌关键变形处的临界位移和抗力值,提出了结构极限承载力计算方法,并建议同时考虑极限承载力和梁端转角对混凝土结构进行倒塌判定。     

不等跨布置RC空间梁-板结构竖向倒塌能力数值研究

为研究不等跨布置下RC空间梁-板结构抗连续倒塌能力,利用有限元软件ABAQUS建立在关键柱失效下空间框架结构精细化模型,通过Pushdown分析方法对试验子结构进行数值模拟。分析关键柱失效位置、梁板参数、楼板的损伤性能以及梁端截面内力对倒塌能力的影响。分析结果显示:内柱失效工况下楼板能提供承载力的40%~50%,边柱失效工况下楼板能提供20%~30%的承载力,角柱失效工况下楼板能提供15%~25%的承载力;梁跨度越大,柱失效后结构承载力越低,等跨设计的结构较不等跨设计受力存在“滞后性”,且横向约束对无板结构承载力基本上没有影响;梁板参数对提高结构承载力以及延性有重要影响;小变形下楼板损伤性能可以反映楼板的屈服模式,从而可推测楼板裂缝分布;最后提出了不等跨布置下考虑楼板影响的承载力计算公式。