中柱失效工况下方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能理论与试验研究

为研究中柱失效工况下方钢管混凝土柱-组合梁抗倒塌性能,基于对方钢管混凝土柱-组合梁的抗力机制及抗倒塌性能影响因素的分析,建立了方钢管混凝土柱-组合梁抗倒塌分析模型,该模型考虑了梁端柱的约束作用、正负弯矩作用下组合梁弯曲刚度的差异以及楼板与钢梁之间黏结滑移效应等影响因素,并对模型的抗力-变形计算公式进行了推导;设计了一榀2跨1/3缩尺的方钢管混凝土柱-组合梁框架试件并进行静力加载试验,分析了中柱失效后剩余结构的破坏模式、荷载传递机理以及主要的抗力机制。试验结果表明,倒塌过程中结构的抗力经历了从梁机制到悬链线机制的转化,其中压拱机制和悬链线机制可以有效提高结构的倒塌承载能力。最后基于理论与试验结果的对比分析,提出了理论公式的修正方法。     

圆钢管混凝土柱-H钢梁内隔板式节点抗连续倒塌机理研究

为研究圆钢管混凝土柱-H钢梁内隔板式节点抗连续倒塌工作机理,以中柱失效工况下的节点作为研究对象,采用ABAQUS建立了双半跨单柱型梁柱节点模型,在节点柱顶端进行位移加载,得到了节点的承载力曲线、破坏形态以及抗力机制曲线等,在此基础上对影响组合节点抗倒塌承载力的8个关键性参数进行分析,包括钢梁强度、钢管强度、混凝土强度、内隔板强度、柱含钢率、内隔板厚度、内隔板宽度以及跨高比。结果表明,内隔板式节点破坏是从梁机制阶段到悬链线机制阶段再到破坏阶段的发展过程;对节点参数分析可知增大钢梁强度和减小跨高比可显著的提高节点倒塌抗力,增大内隔板的强度、宽度和厚度节点倒塌抗力略有降低,其它参数影响不明显。     

钢管混凝土平面框架子结构抗连续倒塌精细有限元分析

竖向关键构件失效后,结构的抗倒塌能力主要以失效柱上部钢梁的梁机制和悬链线机制为主。选取"两跨三柱"型钢管混凝土平面框架子结构形式为研究对象,采用精细有限元法细致剖析竖向荷载全过程作用下平面框架的倒塌全过程,分析中柱竖向位移与承载力的全过程曲线特征,研究不同几何和物理参数对框架的抗力曲线的影响规律。结果表明:中柱承载力P-竖向位移Δ曲线分为四个阶段:梁机制阶段、转换机制阶段、悬链线机制阶段、破坏阶段。综合抗力指标和位移延性指标可以看出,钢梁翼缘厚度和钢管含钢率对该类结构的抗连续倒塌影响较为显著,工程实际设计和应用中应予重视。     

钢筋混凝土梁-板子结构抗连续性倒塌性能研究

该文通过试验与有限元模拟研究边柱失效工况下钢筋混凝土（RC）梁-板子结构抗连续倒塌性能。在实验室通过对RC梁-板子结构缩尺模型开展pushdown试验研究梁-板子结构的破坏模态,并进一步讨论了梁-板子结构在倒塌过程中的荷载传递机理和抗力机制。试验结果表明:RC梁-板子结构在倒数第二个边柱失效下可以形成有效的梁机制、压拱机制、悬链线机制以及拉膜机制抵抗倒塌。在小变形阶段,楼板在负弯矩区作为梁翼缘可以显著提升RC梁抗弯承载力（T型梁作用）;在大变形阶段,楼板发展拉膜作用早于梁发展悬链线机制。此外,根据有限元软件LSDYNA开展的数值分析结果表明:楼板提升RC框架屈服承载力与极限承载力分别高达65%和61%。     

不同梁线刚度情形下组合梁柱子结构抗倒塌性能研究

钢框架结构某根柱失效后,与失效柱相连的双跨梁对剩余结构的内力重分布和实现再平衡起到关键作用,而此时相邻双跨梁的线刚度对结构抗倒塌性能具有显著影响。以栓焊连接节点组合梁柱子结构拟静力试验结果作为校验,验证有限元建模方法的正确性。并建立了不同梁线刚度情形下的组合梁柱子结构足尺模型,重点分析了不同梁线刚度对组合梁柱子结构的内力发展和抗倒塌性能的影响。对目前基于变形的结构失效判定准则进行修正,基于该修正准则定量分析了双跨梁的梁机制抗力和悬链线机制抗力贡献水平,可为结构抗倒塌设计提供依据,对实际工程应用提供参考。分析结果表明:双跨梁的线刚度决定了梁机制抗力水平;而双跨梁的跨度决定了悬链线机制抗力水平,梁高对其影响较小,过大的梁线刚度不利于结构的位移发展。     

钢筋混凝土框架抗连续倒塌的压拱机制分析模型EI北大核心CSCD

钢筋混凝土框架结构依靠梁板组成的楼盖系统来抵抗连续倒塌,其在小变形下的连续倒塌抗力由梁板内的压拱机制提供。现有压拱机制的宏观理论分析模型参数过多且不能考虑楼板的影响,因此难以在工程设计中进行应用。该文基于楼盖系统微观受力机理的分析,建立了压拱机制下梁板子结构系统的连续倒塌抗力分析模型。和现有模型相比,该文计算模型的参数大幅减少、公式显著简化,且能够考虑楼板和梁抵抗连续倒塌的共同作用。通过与国内外47个梁试件和6个梁板子结构试件的试验结果进行对比,发现该文计算模型在计算梁试件时计算精度和现有模型精度相同,而在计算梁板共同作用下的连续倒塌抗力时精度提高显著,能够为混凝土框架结构的抗连续倒塌工程设计提供参考。     

钢筋混凝土框架抗连续倒塌的压拱机制分析模型

钢筋混凝土框架结构依靠梁板组成的楼盖系统来抵抗连续倒塌,其在小变形下的连续倒塌抗力由梁板内的压拱机制提供。现有压拱机制的宏观理论分析模型参数过多且不能考虑楼板的影响,因此难以在工程设计中进行应用。该文基于楼盖系统微观受力机理的分析,建立了压拱机制下梁板子结构系统的连续倒塌抗力分析模型。和现有模型相比,该文计算模型的参数大幅减少、公式显著简化,且能够考虑楼板和梁抵抗连续倒塌的共同作用。通过与国内外47个梁试件和6个梁板子结构试件的试验结果进行对比,发现该文计算模型在计算梁试件时计算精度和现有模型精度相同,而在计算梁板共同作用下的连续倒塌抗力时精度提高显著,能够为混凝土框架结构的抗连续倒塌工程设计提供参考。     

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。     

中柱失效后体外预应力钢筋混凝土框架抗连续倒塌分析

为研究中柱失效后体外预应力钢筋混凝土框架抗连续倒塌性能,设计制作了五榀1/3缩尺单层双跨体外预应力钢筋混凝土框架,通过变换边界条件、体外预应力筋布置形式等参数,开展了体外预应力钢筋混凝土框架受力性能、机制转换、极限承载力及悬链效应的分析研究,测试了荷载、位移、应变、裂缝的发生以及发展状况等。基于试验结果建立了有限元分析模型,对比分析了有限元结果与试验结果。结果表明:体外预应力加固能明显改善框架抗裂性能,在具有可靠的梁端水平约束前提下,框架梁机制下的极限倒塌抗力最大提升70%,悬链机制下的极限倒塌抗力取决于体外索的屈服强度和极限强度;折线布筋形式较水平布筋能提供更大的竖向倒塌抗力,加速机制转换;增加束高及张拉应力值可提升框架梁机制下的极限倒塌抗力;合理的有限元模型能够较为准确的预估框架梁机制下的抗力峰值、机制转换节点及悬链机制下的抗力峰值。     

中柱失效下多层框架的连续性倒塌分析与机理研究

进行抗连续倒塌分析时,常将多层框架结构简化为单层子结构,然后将单层结构的特性用于多层框架的研究,但目前的简化模型不能够完全反映结构整体受力特性,忽略了空腹机制的作用。基于两跨梁模型研究单层框架的抗倒塌机制,提出梁机制和悬链线机制的抗力计算方法,并通过算例验证了所提方法的正确性;为分析空腹机制对多层框架整体受力的影响,建立顶层梁柱模型,引入空腹机制对抗连续倒塌的贡献指标;分析俄亥俄综合大楼拆除四根柱后的抗倒塌机制。结果表明简化模型是合理的,多层框架结构顶层和底层表现出不同的倒塌机制,空腹机制与其它机制共同抵抗不平衡荷载,俄亥俄综合大楼具有较好的抗连续倒塌性能。     

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。     

平面钢框架瞬时冲击去柱抗连续性倒塌试验研究

采用冲击去柱法对两个平面钢框架进行抗连续性倒塌试验研究,重点关注去柱后框架结构的动力反应、倒塌机制以及梁柱受力方式的转变。试验结果表明,在整个倒塌过程中,框架结构经历了弹性受力阶段-弹塑性受力阶段-悬链线形成阶段;框架梁经历了弯曲机制抵抗外荷载到悬链线机制抵抗外荷载的转变;相邻框架柱的弯曲刚度越大,对去柱后形成的双跨梁的约束越强,梁的悬链线效应就越大。对于强梁弱柱型框架结构,由于其框架柱较弱,瞬时去柱后,易发生柱失稳型连续性倒塌。采用ABAQUS6.11对抗倒塌试验进行模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。结合试验结果,采用有限元模型分析了平面钢框架倒塌时的动力放大系数和最终倒塌模态。     

不同跨度比下栓焊刚性连接梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

以钢框架中3个不同跨度比（1∶0.6、1∶1.0、1∶1.4）的栓焊刚性连接梁柱子结构（两跨三柱型）为研究对象,通过单调静力加载试验研究了连续倒塌条件下梁柱子结构的破坏模式、力学形态和抗力机理。试验结果表明,试件表现出多次、间断性破坏特征,先是失效柱与梁受拉翼缘连接处断裂,进而因跨度比不同有所差异:等跨试件边柱梁柱节点处梁端受拉翼缘发生断裂;不等跨试件短梁受拉翼缘与边柱连接附近处发生断裂,短梁先于长梁失效。3个试件的变形形态相似,其抗力机制发展过程可划分为梁机制阶段、梁受弯向受拉转化的过渡阶段和悬链线机制阶段。试件的多次局部破坏使其呈现出多个荷载峰值点,在梁机制阶段荷载随跨度比增大而减小,之后等跨试件因上下梁的协同工作可提供高于梁机制阶段的承载力,而不等跨试件由于短梁先于长梁失效而长梁的悬链线效应未能充分发挥,荷载峰值依次降低,即等跨结构较非等跨结构在大变形时具有更好的传力机制,有利于提高结构的抗倒塌承载力。     

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。     

基于节点刚度的钢框架梁柱子结构抗倒塌性能试验研究

以钢框架中3种不同连接节点形式（栓焊连接、顶底角钢腹板双角钢连接和腹板双角钢连接）的两跨三柱型梁柱子结构为研究对象,通过对中柱施加静力荷载的大变形试验考察梁柱子结构在中柱失效连续倒塌条件下的破坏模式、力学形态和抗倒塌机理。结果表明:栓焊连接试件因梁柱节点处梁端受拉翼缘发生断裂而失效;顶底角钢腹板双角钢连接试件为梁柱相连的受拉角钢在螺栓孔处发生断裂,且因梁端腹板螺栓孔发生承压破坏而失效;腹板双角钢连接试件因腹板两侧角钢在螺栓孔处断裂而破坏。梁柱节点刚度对结构的抗倒塌性能影响较大,腹板双角钢连接试件主要通过悬链线机制提供抗力;而其他两类试件在加载前期主要通过梁机制提供抗力,进而转变由悬链线机制来抵抗外部荷载。其中,顶底角钢腹板双角钢连接试件在后期更能充分发展梁端节点转角和梁截面轴力,表现出更为富余的抗倒塌能力储备。     

角柱失效下不等跨RC空间梁-柱子结构抗连续倒塌机理研究

本文通过角柱失效下钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)空间梁-柱子结构的Pushdown加载试验及其精细化有限元模型，对不等跨RC空间梁-柱子结构在角柱失效工况下的抗连续倒塌性能进行研究。基于所建立的有限元模型对不等跨RC空间梁-柱子结构的抗力机制等进行更深入的分析，探究了角柱上部水平约束、角柱节点配箍率和空间效应对不等跨RC空间梁-柱子结构抗连续倒塌性能的影响。研究结果表明，角柱失效工况下的不等跨RC空间梁-柱子结构不能有效发展悬链线机制而主要依靠梁机制抵抗倒塌，且空腹机制抗力的贡献不可忽略。角柱上部水平约束的增强，会提高第一峰值荷载，但是同时会导致角柱节点承受更高的剪应力从而提早发生剪切破坏。角柱节点配置一定量箍筋后会延迟和减轻角柱节点发生剪切破坏，从而提高结构的抗连续倒塌能力。对于角柱失效工况，空间效应不能通过简单叠加两个方向的平面框架抗力进行计算，因为空间效应三维剪应力作用会加速角柱节点发生剪切破坏。     

单柱失效下结构连续倒塌的动力响应分析

该文提出了一种基于三折线结构抗力形式和升压平台形荷载函数的非线性单自由度模型,并推导了该模型的解析解,用于分析由单柱移除引起的连续倒塌过程中的结构瞬态动力响应。该模型可以涵盖各类抗力形式,包括抗力软化及大变形条件下的悬链作用,并考虑了柱子移除时间对动力响应的影响。钢筋混凝土和钢结构的梁柱子结构的动力试验结果与非线性单自由度模型计算所得到的动力响应结果（例如跨中位移）的对比表明:此模型可以准确地预测结构倒塌过程中结构的动力响应,计算速度快,准确性高,便于应用。     

基于楼板组合效应的梁柱子结构抗倒塌性能研究

以钢框架中栓焊连接组合梁柱子结构(两跨三柱型)为研究对象,通过单调静力加载试验研究其在中柱失效工况下的破坏模式和力学机理。试验结果表明:靠近失效柱处梁端受拉翼缘首先断裂,裂缝不断向上发展直至腹板断裂。试件在大变形阶段因双跨组合梁之间的协同作用可提供高于前期受弯阶段的承载力。此外,建立了精细化有限元分析模型并与试验结果进行验证,在此基础上,探讨了周边构件的轴向约束对梁柱子结构的抗倒塌承载能力的影响,结果显示梁柱子结构的抗倒塌承载能力会随着周边构件提供的轴向约束增大而提升,但当超过临界值后,其对组合梁柱子结构的抗倒塌承载能力影响很小。通过足尺模型对比分析了带楼板和不带楼板试件的抗倒塌性能,结果表明考虑楼板组合效应试件较不带楼板试件,梁机制峰值承载力提高了42.0%,悬链线机制峰值承载力提高了49.9%。说明楼板组合效应可以显著提高结构在梁机制和悬链线机制的承载能力。最后基于能量平衡原理得到了结构的动力响应曲线,对比可知楼板的存在可使结构在动力荷载作用下表现出更为富余的抗倒塌能力储备。     

钢支撑加固RC框架抗连续倒塌试验与数值模拟研究EI北大核心CSCD

为研究钢支撑对RC框架抗连续倒塌性能的加固效应,在实验室制作了2榀RC平面子框架试件,并对其中1榀框架通过钢支撑进行加固,采用pushdown加载方式研究钢支撑对RC框架破坏模式和抗倒塌承载能力的影响。试验结果表明:钢支撑可以提高峰值荷载超过122%,其承载能力随拉杆的断裂而突然下降;由于压杆在加载初期就发生严重的平面外屈曲破坏,故仅对试件的初始刚度有影响,对峰值荷载作用很小。为进一步量化拉杆与压杆的加固贡献,通过商用有限元软件LS-DYNA进行精细有限元分析。有限元结果进一步验证了试验结果:采用角钢加固RC框架,压杆在加载初期容易发生平面外屈曲,对结构抗力影响不大,抗力提升主要由拉杆提供;通过拓展分析发现:采用防屈曲支撑加固可以显著提升压杆对结构抗力贡献,如压杆使用方钢管混凝土截面比L形截面峰值荷载提升超过42.8%。     

考虑周边结构约束影响的RC框架结构防连续倒塌性能研究

为了考察周边结构约束对钢筋混凝土（RC）框架结构防连续倒塌承载能力的影响,该文通过Qian K等进行的中柱移除的框架子结构拟静力试验,校核了论文中ABAQUS软件建立的框架子结构精细有限元分析模型的准确性。模拟所得的荷载位移曲线与试验曲线吻合良好,较好地模拟了中柱移除至子结构破坏的全过程。在成功进行模型校核的基础上,通过改变平面框架两侧边跨的约束情况,分析了两侧边跨约束对所研究子结构防连续倒塌承载力的影响;其次通过对比考虑楼板与不考虑楼板的单层空间结构的承载力,分析了楼板在结构防连续倒塌受力过程中对提高压拱阶段和悬链线阶段承载力的作用,讨论了楼板对连续倒塌各个受力阶段不同的影响;最后建立了多层空间框架结构模型,研究框架底层柱移除过程中结构的承载能力,分析发现楼层数的增加,成倍地提高框架结构承载力,并对连续倒塌各个受力阶段产生不同的影响。