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%。     

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。     

节点对RC框架结构抗连续倒塌能力影响研究

为了解节点对结构抗连续倒塌能力的影响,使用按照我国规范设计的RC框架结构对该问题进行了研究。对比了考虑节点影响和不考虑节点影响两种情况下的分析结果,发现节点对结构抗连续倒塌能力影响不能忽略,考虑节点影响后位移反应增大,结构抗连续倒塌的承载力会明显降低。该文同时对锚固在节点区的梁柱钢筋直径和强度、节点区剪切变形、节点区混凝土抗压强度等指标进行了参数分析,分析结果表明锚固在节点区的梁柱钢筋直径和强度对结构抗连续倒塌能力影响显著,而节点区剪切变形和混凝土抗压强度对结构抗倒塌能力基本无影响。此外,研究了考虑节点影响时结构构件的破坏模式,分析结果表明按我国规范设计的RC框架结构在连续倒塌过程中构件仍以弯曲破坏为主,并没有发现构件出现剪切破坏。研究结论为RC框架结构抗连续倒塌设计和加固提供了参考依据。     

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。     

RC框架梁柱子结构抗连续倒塌性能不确定性分析

近年来,结构的抗连续倒塌问题在国内外引起了广泛关注.RC框架作为实际工程中最常见的结构形式被广泛研究.然而,已有RC框架梁柱子结构的连续倒塌性能相关研究多基于确定性分析且主要针对静力拆除构件工况.该文基于OpenSees分别建立了典型RC框架梁柱子结构的静力和动力连续倒塌分析有限元模型,通过试验对比验证了模型的准确性....     

RC框架抗连续性倒塌设计及抗震设计比较

随着科技日益发展,各种新技术逐渐应用到建筑工程建设中。建筑结构连续倒塌事件频繁发生,严重威胁到公共安全,已成为社会大众谈论的火热话题。同时,随着地震灾害的频繁发生,对建筑结构也造成严重的威胁。因此,本文以RC框架为基点,对其抗连续性倒塌设计、抗震设计对比予以探讨。     

空间框架抗连续倒塌分析

因结构局部破坏后荷载沿不同方向传递引起内力重分布,空间结构分析在连续倒塌研究中具有重要意义.该文为研究框架结构抵抗连续倒塌的特点,使用线性静力方法分析了空间钢框架撤柱后的受力性能,与单榀框架撤柱分析进行了比较,并研究了不同平面布置形式对最大需求能力比DCR(demand for the capacity ratio)的...     

基于多尺度模型的RC框架撞击倒塌响应数值分析

为了在保证计算精度的同时提高撞击荷载作用下RC框架结构连续倒塌分析的计算效率,本文基于有限元软件LS-DYNA,建立了撞击响应分析的多尺度模型。针对该模型分别采用拆除构件法和撞击全过程分析法分析了撞击荷载下框架结构的连续倒塌动力响应。结果表明：拆除构件法在分析撞击作用下结构的连续倒塌时,由于忽略了撞击力及其对周围结构造成的初始损伤、初始位移和初始速度,低估了结构的动力响应,不能合理反映撞击作用下框架结构的破坏模式;多尺度模型能够准确模拟撞击作用下框架结构的动力响应和破坏模式,同时计算时间仅为精细模型的三分之一,满足整体结构系统撞击倒塌分析的需要。     

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。     

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。     

基于共旋坐标和力插值纤维单元的RC框架结构连续倒塌构造方法

悬链机制会使钢筋混凝土框架结构产生有助于抵抗连续倒塌的附加承载能力,对结构抗连续倒塌能力至关重要。悬链机制处于几何大变形和材料非线性下降段的状态下,需要同时考虑材料非线性和几何非线性,因此对数值分析模型提出了更高的要求。为了解决基于力插值的纤维单元同时处理材料非线性和几何非线性的问题,该文采用基于共旋坐标法,提出了一种基于共旋坐标法的力插值纤维单元。该单元在形成中把变形体和刚体分开,局部坐标系的变形体内采用纤维划分考虑材料非线性,然后加上刚体位移,从局部坐标系到整体坐标系的转换中采用共旋坐标法以考虑几何非线性,给出了二维单元形成原理及非线性求解过程。实例分析结果表明基于共旋坐标法的力插值纤维单元能够较准确的模拟RC框架结构连续倒塌,梁机制阶段主要是材料非线性起控制作用,悬链线机制阶段主要是几何非线性起控制作用。     

基于纤维模型的钢管混凝土组合框架连续倒塌非线性动力分析

基于非线性纤维梁-柱单元理论建立了钢管混凝土空间框架有限元模型,分析其在非正常荷载作用下(火灾、爆炸、撞击等)的抗连续性倒塌性能。以ABAQUS软件为求解平台进行了钢材和混凝土材料模型的二次开发,并采用已有研究者的试验结果进行了模型验证,在此基础上采用抽柱法进行了一典型的12层钢管混凝土空间框架体系在不同初始损伤模型下的连续性倒塌非线性动力分析。分析结果表明,不同抽柱工况下,框架梁柱内力由于失效柱破坏将发生内力重分布,相邻构件弯矩和轴力变化较大,其卸载后传力路径遵循就近原则;底层中柱失效后,其上部节点竖向位移最大,底层角柱失效后,上部节点竖向位移最小。总体上钢管混凝土空间框架在竖向荷载作用下具有较好的抗连续倒塌性能。     

钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌设计方法的研究

首先简要介绍了国外抗连续倒塌设计规范的主要设计方法和分类设计体系,然后重点对钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌拆除构件设计法和拉结强度设计法进行较为深入的分析研究。在基于非线性动力分析的拆除构件设计法进行分析的基础上,对基于线弹性静力分析的拆除构件法的原理和设计参数进行了分析和验算,提出适合我国工程结构的设计参数。分析了国外规范拉结强度设计法应用于按我国规范设计的框架结构的不适用性及其原因,并对国外规范拉结强度设计法中基本拉结强度的计算模型所存在的不足进行了改进,提出了考虑空间传力路径等因素的拉结强度设计法。通过算例对该文建议的线弹性静力拆除构件设计法和拉结强度设计法进行了设计验证。     

防连续倒塌高大模板支撑体系的两阶段设计研究

提出了一种防连续倒塌高大模板支撑体系,由双功能子体系和单一功能子体系组成,正常设计状况下两个子体系共同工作(简称第一阶段);偶然情况下单一功能子体系先失效,双功能子体系独自工作,避免整个结构体系连续倒塌(简称第二阶段)。在两个阶段,考虑支撑体系在结构布置、荷载和功能等方面的差异,研究和讨论了两阶段设计目标可靠指标的合理取值。从承载能力和用钢量的角度,给出合理的构造措施和最优的立杆型号,不但保证正常设计状况下结构的安全性,而且在事故发生时给施工人员提供逃生机会,为救援提供通道。     

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\