混凝土异形柱框架角柱突然失效模拟试验研究

按照GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》设计了一个1/3缩尺的两层3×2跨异形柱框架结构模型,并对其角柱进行了突然失效试验,以模拟异形柱在偶然荷载作用下突然失效这一动态过程,研究结构的动力反应、荷载传递路径及受力机制。研究结果表明:角柱失效后,与失效柱相连的跨度较小的框架梁其远端截面为最危险截面;由梁板形成的悬挑受力机制共同抵抗由失效柱在失效前所承担的荷载,结构整体仍处于弹性变形阶段。     

钢筋混凝土框架柱的裂缝模拟分析

介绍了ANSYS软件建立钢筋混凝土框架柱有限元模型的基本原理。在对模拟试验框架柱的开裂荷载、屈服荷载、最大荷载及破坏裂缝图与相应的试验结果比较分析的基础上,用ANSYS软件模拟分析了单调荷载作用下钢筋混凝土框架柱的裂缝分布和开展规律。结果表明,ANSYS软件模拟的框架柱开裂荷载、屈服荷载及最大荷载与相应的试验结果相差可控制在20%以内;柱表面的裂缝分布、开展及破坏规律与试验情况吻合较好;混凝土核心受压区模拟的三个主拉应力方向均有裂缝产生,且无规律可循,说明核心区混凝土的受力状态复杂。     

钢筋混凝土抗震框架连续倒塌行为分析

以某抗震设防框架为研究对象,采用SAP2000有限元软件,依次拆除底层纵向边柱、横向边柱、角柱和内柱,研究抗震框架的倒塌破坏行为。以做功平衡原理建立了柱失效处梁配筋调整计算公式,并进行了配筋调整设计。结果表明:7度和8度抗震设防的框架结构仍会发生连续性倒塌,但是抗倒塌能力随着设防等级的提高而提高,抗震设计不能够完全替代抗倒塌设计;柱失效导致结构发生连续坍塌破坏的危险性由小到大依次为内柱、横向边柱、纵向边柱、角柱;梁铰机制在结构抗倒塌中的作用尤其重要,倒塌破坏时以梁的弯曲破坏为主,剪切破坏较少出现;线弹性静力分析计算的供需比最大值一般出现在失效柱上一层的相邻梁上,而非线性静力分析的最大破坏出现在与失效柱相连的梁上,但是二者对结构可能的失效位置判断基本一致。     

关键柱失效后组合框架抗倒塌试验研究及理论分析

通过一榀四跨单层钢-混凝土组合框架试验研究,分析中柱失效后结构体系的抗倒塌性能。试验结果表明：中柱失效后,组合框架的连续倒塌过程分为6个阶段,即弹性阶段、弹塑性阶段、压拱阶段、塑性阶段、过渡阶段及悬链线阶段,结构主要通过塑性铰机制和悬链线机制进行内力重分配;组合梁可以保证悬链线作用的形成,其特有的压拱效应可在一定程度上提高结构关键柱失效初期的承载能力;根据现行规范设计的组合框架在关键柱失效后仍具有较高的承载力,具有一定的抗倒塌能力。同时采用ABAQUS建立了试验试件的有限元分析模型,有限元分析结果和试验结果进行对比,验证了有限元分析结果的正确性。针对组合框架中的压拱效应进行分析,并结合试验现象提出一种新的“桁架弹簧”压拱模型,推导了竖向位移-荷载相关计算式及竖向位移-水平位移相关计算式,计算式计算结果与试验结果吻合良好。     

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。     

钢筋混凝土框架抗连续倒塌的仿真分析

为研究钢筋混凝土框架结构的连续倒塌受力机理,在角柱失效倒塌试验基础上,运用ABAQUS有限元软件对钢筋混凝土框架进行了连续倒塌仿真分析。考虑到角柱失效倒塌过程中地梁和对角区域的构件几乎没有破坏,建模中只在角柱区域建立了钢筋混凝土板;同时考虑到位移加载方式简单而且模型更易收敛,故仿真倒塌全程采用位移控制。通过仿真得到了结构的荷载 位移曲线、框架的位移曲线、钢筋和混凝土应力曲线、破坏形态等,并与试验结果进行对比。结果表明:仿真结果和试验结果基本一致;角柱失效时,框架经历了弹性阶段、塑性铰形成阶段和失效阶段;该仿真能够较好地模拟框架模型连续倒塌的过程,并且能揭示倒塌破坏过程的受力特点。     

钢筋混凝土框架柱和轻钢拱结构失效方程复杂特性与设计可靠度

以全跨永久荷载和半跨雪荷载组合作用下的轻钢拱结构与重力荷载和水平地震组合作用下的钢筋混凝土框架柱两类典型情形为研究对象,采用现行相关设计规范中的承载力计算式推导其失效方程。采用相应结构实例对两类典型情形下的失效方程复杂特性进行分析,表明轻钢拱结构具有较大的雪荷载效应比值和钢筋混凝土大偏压柱失效方程具有较高程度非线性。考虑以上特性,对两类典型情形进行可靠度校准分析,结果表明:雪荷载组合作用下轻钢拱结构的可靠度较低,建议雪荷载分项系数值取为1.75;钢筋混凝土框架柱在不同抗震承载力设计情形下其失效概率会有较大的差异,且无法通过将柱端弯矩增大系数简单增大到某一值而消除,同时在轴压力荷载效应比值为负的情形下现行设计方法会偏于不安全。     

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。     

钢筋混凝土框架结构柱连续倒塌的破坏效应分析

近年来,由自然灾害(强震、强风等)、人为失误(装修失火、管道爆炸等)、以及恐怖袭击(撞击、爆炸等)和人为破坏等偶然事件造成的房屋建筑倒塌破坏层出不穷,而结构倒塌一旦发生,往往会造成大范围的破坏和严重的生命财产损失。此外,随着社会经济不断发展,工程项目也日趋复杂、多样,对结构设计提出了更高的要求;自汶川地震后,我国的新规范也对重要建筑的抗连续倒塌设计有了明确要求。考虑到实际工程项目的复杂性,以及致使钢筋混凝土框架结构倒塌的偶然作用的不确定性,结构的抗倒塌设计往往难以考虑所有偶然作用。     

钢筋混凝土框架抗连续倒塌机制研究

通过非线性动力拆除构件法,对不同抗震设防水平下的典型钢筋混凝土(RC)非整体现浇楼板框架和整体现浇楼板框架的抗连续倒塌机制进行分析。首先,总结出了两种典型连续倒塌模式并进行了讨论,发现框架柱的抗侧刚度不足将导致连续倒塌在水平向的传播。然后,通过分析框架在不同部位发生初始破坏后的力学响应,研究了框架结构不同部位的框架梁抗连续倒塌贡献,结果显示所有的框架梁都可以通过梁机制发挥抗连续倒塌承载力,但是只有两端具有足够水平支座约束框架梁才能发挥其悬链线机制的承载力。最后,通过研究框架结构的连续倒塌规律,分析了楼板和抗震设防烈度对框架抗连续倒塌性能的影响。     

钢筋混凝土框架结构底部相邻两柱失效的抗连续倒塌性能研究

为研究钢筋混凝土结构在角柱和相邻边柱同时失效情况下的抗连续倒塌性能,采用12点等效均布荷载加载系统,对移除角柱和相邻边柱后的钢筋混凝土梁-板-柱子结构进行PUSHDOWN加载,并对钢筋混凝土子结构的破坏模式、承载能力、变形能力、钢筋局部应变、支座水平位移及边梁扭转变形进行分析。试验结果表明：角柱和相邻边柱同时失效的钢筋混凝土梁-板-柱子结构反应与悬挑板相近,梁与板无法形成有效的压拱机制、悬链线机制或薄膜机制来抵抗连续倒塌的发生。采用有限元软件DIANA建模对试验结果进行了数值模拟分析,证明了数值模型的合理性。采用塑性铰线法对试验屈服荷载和第一极限荷载进行分析,理论分析结果表明,与试验结果相比,塑性铰线法的分析结果偏于保守。     

考虑悬链线效应的钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌能力分析

为了研究悬链线效应对钢筋混凝土（RC）框架结构抗连续倒塌能力的影响,基于OpenSees建立可以考虑悬链线效应的RC框架宏模型,通过两个RC框架子结构在移除中柱后的竖向承载力试验结果对比,验证了所采用宏模型的合理性,并研究了悬链线效应对RC框架子结构抗连续倒塌能力的影响。分别采用备用荷载路径法中的非线性静力方法和非线性动力方法对1栋10层RC框架结构进行抗连续倒塌能力分析,研究悬链线效应对RC框架整体结构抗连续倒塌能力的影响。结果表明：不考虑悬链线效应的影响将低估RC框架结构的抗连续倒塌能力;在移除底层中柱情况下,不考虑悬链线效应分析得到的荷载放大系数最大值小于2.0,而考虑悬链线效应分析得到的荷载放大系数最大值则超过2.0。     

考虑边柱失效位置和根数影响的钢框架结构抗倒塌性能研究

文章针对2个带楼板的钢框架结构,分别开展了静力移除边柱试验和动力移除边柱试验,得到了边柱移除过程中结构关键部位的位移和应变响应;同时基于能量平衡原理,对比了2次试验中边柱移除处的竖向位移.结果表明:动力移除边柱时,结构的最大位移比静力情况大60％;能量平衡原理由于忽略了应变率和阻尼对结构动力响应的影响,基于其建立的等效...     

钢筋混凝土框架结构拟静力倒塌试验研究及数值模拟竞赛Ⅰ:框架试验

为研究汶川地震中钢筋混凝土框架结构震害机理,清华大学开展了钢筋混凝土框架结构拟静力倒塌的系列试验研究,包括1个3层4跨RC框架、2个关键梁柱节点和4个关键框架柱。结合试验举行了相应的数值模拟分析竞赛,并将试验和数值模拟结果全部在互联网上公布,供有关科研和工程人员参考。本文介绍了3层4跨RC整体框架的试验设计、试验过程和主要试验结果。     

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。     

预压装配式预应力混凝土框架边柱拆除时抗连续倒塌性能试验研究与理论分析

对一榀二层二跨预压装配式预应力混凝土(PC)平面框架进行了静力拆除底层边柱的试验及理论分析,探究了裂缝发展、变形能力、破坏模式及连续倒塌机理。根据试验框架达到极限承载力时的状态,提出了边柱失效时简化的结构抗力分析模型,并推导出结构抗倒塌极限承载力的计算方法; 基于能量法建立近似的动力响应评估模型,根据试验框架静力加载荷载-位移曲线近似得到其在边柱瞬时失效时的动力响应曲线。结果表明:框架的受力过程可分为弹性、弹塑性、塑性铰以及倒塌4个阶段; 加载时试件的混凝土裂缝开展及破坏集中在失效边柱相邻区域框架梁两侧梁端结合部,除失效边柱外,其余框架柱以及失效柱远离区域框架梁端基本完好; 框架在小变形阶段按梁机制受力,存在压拱效应及空腹效应; 在大变形阶段不能按悬链线机制受力,由梁的受弯机制和空腹机制共同抵抗不平衡荷载; 边柱失效时预压装配式预应力混凝土框架最大抗力达到60.9 kN,最终倒塌位移为430 mm,梁端转角为10.0°～15.3°,具有较好的抗连续倒塌能力。     

钢筋混凝土板柱结构抗倒塌性能试验研究

对一单层2×2跨的钢筋混凝土板柱结构进行连续倒塌模拟试验研究,模型缩尺比为1∶2.34。通过静载试验来模拟板柱结构下层中柱失效。在板面预加2倍标准荷载的重力荷载,采用静力方式卸除中柱考察板柱结构抗倒塌性能。随后对中柱施加向下的集中力直至破坏,模拟板柱结构在均布荷载和上柱传力下的倒塌过程。研究结果表明：楼面荷载主要通过板的挠曲和薄膜作用传递。平板历经弹性阶段、压力薄膜阶段和拉力薄膜阶段。基于常规设计,通过完善构造措施等,可以保证中间区格钢筋混凝土板柱结构在经历中柱破坏后仍具有足够的抗连续倒塌能力。     

基于有限元的钢筋混凝土框架柱CFRP加固分析

为研究钢筋混凝土框架柱在不同CFRP包裹方案下的加固效果,以某钢筋混凝土厂房加固改造工程为例,通过有限元分析软件ANSYS从拟静力、骨架曲线、耗能角度对B×8框架柱两种加固方案进行了计算分析。结果表明,两端集中包裹方案对柱最大承载力和极限荷载的提高、刚度退化的限制、耗能能力的增强效果均优于均匀包裹方案,推荐采用柱两端集中包裹CFRP法加固钢筋混凝土框架柱的加固方案。     

大型钢-混凝土组合楼盖系统的连续倒塌试验与失效机理研究

为研究钢-混凝土组合楼盖系统在连续倒塌工况下的抗力机制和破坏过程,按照中国现行规范设计了1个典型的组合楼盖钢框架原型结构,并从该原型结构中提取出两个单层2×1跨钢-混凝土组合楼盖子结构.分别开展了移除边中柱和角柱侧边柱两种工况下的足尺连续倒塌试验研究,并得到了相应的荷载-位移曲线、破坏模式、裂缝分布等.在移除边中柱时,...     

单层平面钢框架预应力索突然失效的动力效应分析

为研究单层平面钢框架结构由于索初始突然破坏引起的动力效应,采用刚度退化法和通用有限元程序,对带预应力索的单层平面框架突然断索行为进行瞬态动力响应模拟分析,考虑了几何和材料的非线性效应。分析结果表明:当结构处于线弹性状态时,框架顶部侧移的动力放大系数最大值为2.0,且随着索失效时间增大而减小;阻尼比、索的预应力和索的直径均对顶部位移动力系数没有显著影响;与失效索同侧的柱端的内力峰值与静止后的内力值相比明显大很多,但轴力峰值与弯矩、剪力峰值不同时出现。