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。     

钢筋混凝土梁-板子结构抗连续性倒塌性能研究

为探究不同去柱工况对多层钢框架结构抗连续倒塌性能影响,分别对中柱失效和角柱失效工况的2层2跨钢框架梁-柱子结构进行Pushdown加载试验,研究其在倒塌过程中的抗力曲线和破坏模式。试验结果表明：中柱失效下钢框架主要依靠弯曲机制和悬链线机制抵抗外加荷载,且悬链线机制具有一定的滞后性;而角柱失效下钢框架主要依靠弯曲机制抵抗倒塌,且由于空腹效应的存在,可以有效提高结构的抗倒塌承载力。随后通过有限元软件ANSYS/LS-DYNA对所研究试件进行数值模拟,并对现实场景中可能出现的6种去柱工况分别进行抗连续倒塌分析。通过对比6种去柱工况钢框架结构的抗力曲线和抗倒塌风险可知：不同去柱工况下的钢框架结构水平约束条件不同,从而空腹效应发展也不尽相同;考虑空腹效应并考虑单位面积结构的承载力时,邻角柱失效与邻边柱失效工况下的钢框架结构具有较高的倒塌风险。

     

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。     

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。     

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。     

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。     

角柱失效下钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌能力研究

为研究角柱失效工况下钢管混凝土组合框架的抗连续倒塌性能,该文设计了1/4缩尺比例的两层两跨钢管混凝土柱-组合梁平面框架试件,对拆除角柱构件的剩余结构进行单调静力加载,获得该类结构的荷载-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曲线;在此基础上,采用能量等效原理分析该类结构的倒塌等效动力效应,并对该类结构的抗倒塌能力进行简要评估。研究结果表明:角柱失效工况下,钢管混凝土柱-组合梁框架受力过程主要经历了四个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、内力重分布阶段和破坏阶段;试件整体破坏主要集中于失效跨,破坏特征主要以钢梁断裂和扭曲变形为主,且二层钢梁先于一层钢梁发生破坏;压型钢板组合板受力过程中与钢梁发生局部分离,部分栓钉拔断;失效跨二层钢梁翼缘开裂时,框架内力通过相邻柱向一层钢梁传递。基于试验结果和能量平衡原理的结构动力响应简化评估方法,发现角柱失效工况下该类结构仍具有15.3%的抗连续倒塌剩余能力。     

中心支撑钢框架在空腹效应作用下抗连续倒塌分析

关键构件失效后,多层框架各层表现出不同的抗倒塌机制,空腹效应是一种重要的抗连续倒塌机制。采用考虑损伤与应变率的动力非线性分析,模拟已有多层框架拆柱试验,并提出空腹效应理论模型;改进抗震设计常用的中心支撑钢框架,在框架结构顶层布置水平支撑;并将水平支撑体系应用到俄亥俄综合大楼。研究结果表明,空腹效应是竖向构件对各层内力重分配的结果,体现了框架结构的整体受力特点,空腹效应与其它抗倒塌机制共同抵抗不平衡荷载;顶层水平支撑可以显著减小失效点处位移,发挥空腹效应作用,提高结构的抗连续倒塌性能;俄亥俄综合大楼的两根中柱失效后,支撑体系将失效跨的大部分重力传递到相邻结构。     

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。     

钢-混凝土组合框架子结构动态倒塌性能试验研究

为了研究中柱失效后钢-混凝土组合框架结构的动态倒塌性能,对2个1/3缩尺的组合框架子结构试件进行了抽柱试验研究。研究结果表明:当在组合框架梁上分别悬挂30 kN和60 kN的配重时,2个试件在中柱处的最大动态位移至少为振动停止后静态位移的1.34倍;在中柱抽除后,剩余结构仍处于弹性受力阶段且阻尼比较小;采用栓钉抗剪连接件的组合框架梁具有较大的加速度响应和动态位移响应;组合梁中采用开孔板连接件的框架子结构具有较好的整体刚度,其受倒塌荷载动力冲击作用的影响相对较小;随着中柱竖向位移的增加,组合框架倒塌荷载动力增大系数(DIF)呈现两阶段的变化规律。基于试验研究,建立了组合框架倒塌荷载DIF的数学计算模型。该研究成果可为钢-混凝土组合框架结构的倒塌性能分析提供参考。     

多截面承重立柱框架结构爆破拆除数值模拟研究

为进一步研究多截面承重立柱框架结构爆破拆除倒塌过程以及分析该结构钢筋混凝土柱的受力情况,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立共节点分离式钢筋混凝土框架结构模型,对框架结构爆破拆除倒塌过程进行了数值模拟,并与工程实践进行比较.研究结果表明:数值模拟得到的框架结构倒塌过程与实际爆破的倒塌过程相一致,即分为爆破切口...     

延期间隔对建筑物拆除爆破效果的影响

为了得到某框架结构在设计爆破切口下的最优延期间隔,利用ANSYS/LS-DYNA建立整体式钢筋混凝土框架结构模型,对不同延期间隔下结构的倒塌效果进行数值模拟,进而得出八种不同工况下的爆堆高度和爆堆长度。并通过分析框架结构解体时塑性铰的形成过程,解释了延期间隔对倒塌效果的影响。结果表明:爆堆高度和爆堆长度都随着延期时间的增大呈先减小后增大的规律,其中当延期时间为300 ms爆堆高度最小,延期时间为400 ms爆堆长度最小,而最终现场爆破效果与模拟结果也符合较好。     

混凝土结构烟囱爆破拆除的动力响应特征分析

烟囱定向控制爆破倒塌过程中,爆破作用不仅使爆破位置的结构产生破坏,而且爆破产生的应力波对上部结构产生很大的作用,为了探讨其产生的原因,利用运动行波的运动方程,求解不同起爆条件下行波的运动规律,以及不同时刻爆炸应力波在烟囱中产生的应力作用行为和结构质点位移,发现了最大拉应力、结构质点位移可能出现的时刻和位置,并拟合绘制出了最大拉应力、质点位移的分布曲线。对高100m混凝土结构烟囱的爆炸作用进行计算分析,认为烟囱定向控制爆破的起爆宜采用低段别、短延期时差的起爆网路。     

延期时差对多截面承重立柱框架结构拆除爆破效果的影响

为了探究多截面承重立柱框架结构在三角形爆破切口下的最优延期时差,利用ANSYS/LS-DYNA软件,采用有限元方法建立分离式共节点模型,对8种不同延期时差下结构的倒塌效果进行数值模拟,分析延期时差对多截面承重立柱框架结构拆除爆破效果的影响规律。通过分析比较得出:爆堆高度和后坐距离随着延期时差的增大先减小后增加,最后趋于稳定。其中,当延期时差为500 ms时,爆堆高度最小;当延期时差为400 ms时,后坐距离最小。且实际爆破现场也和数值模拟的结果较为相符,说明数值模拟可以有效地指导爆破施工。     

NES减震RC框架结构节点动力性能分析

为研究NES减震装置对钢筋混凝土框架结构节点抗震性能的影响,设计加工出一种NES新型减震器,进行了一个缩尺比为1∶4的五层钢筋混凝土框架结构模型振动台试验,对NES减震框架结构的1层和2层节点处钢筋应变、节点破坏模式、结构位移及结构自振频率在震害后的变化情况进行分析研究。试验结果表明:NES减震器可以有效降低钢筋混凝土梁柱纵筋箍筋应变以及减少结构的相对位移,减缓柱底和柱顶塑性铰的产生;节点处出现了梁端破坏和节点内剪切破坏,基本实现了框架“强柱弱梁”机制;NES减震器能够有效减少节点处混凝土的剪应力从而缓解节点混凝土的剪切破坏,整体结构最终破坏是由于柱底钢筋屈服,柱脚混凝土被压碎,与底板连接松动导致;设置NES减震器后结构自振频率下降速率降低,NES非线性减震器在降低结构地震响应,提高结构抗震能力、减轻结构震害损伤方面具有良好的控制效果。     

预拆除对薄壁双曲型冷却塔爆破拆除的影响

针对贵阳发电厂内冷却塔是由钢筋混凝土构成的薄壁双曲型圆筒,具有底部直径大,垂直高度高,塔壁外部没有施工条件且周边环境较为复杂的特点,采用预拆除技术,以确保冷却塔爆破拆除顺利实施并取得良好的效果。预拆除技术主要由3个部分组成:冷却塔内部支撑、倒塌方向薄壁的减荷槽以及倒塌反向的泄压窗。通过理论计算设计出正梯形爆破切口的参数,在人字形柱上同时采用开设减荷槽(13个)的方法,来保证冷却塔筒壁在倒塌过程中的屈服破碎效果,为了进一步减小爆炸冲击波对冷却塔筒壁的破坏作用,在倒塌方向的反方向开出一个2m×4m的矩形泄压窗。根据现场实验结果和冷却塔整体爆破效果,预拆除技术对薄壁双曲型冷却塔爆破起到了良好的作用,达到了冷却塔整体失稳倒塌,精确定向以及整体不下坐的效果。     

基于数值模拟的铁四院前大楼拆除爆破方案优化

爆破拆除的铁四院前大楼为砖混外套框架的"楼包楼"特殊结构,周边环境复杂。为确定合理的爆破拆除方案和爆破参数,控制其倒塌姿态和爆堆范围,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,建立分离式耦合模型,对多个拆除爆破方案进行模拟分析,确定了单向折叠爆破方案,并对折叠爆破方案中的切口起爆时差,立柱破坏部位,立柱爆高等参数进行优化,其中上下切口起爆时差调整为1020 ms,中间与两侧时差为880 ms,后排支撑区立柱实施松动爆破,同时提高上切口立柱爆破高度。采用优化方案,建筑物被成功爆破,结构折叠形态明显,爆破效果理想。实际爆破结果表明,爆破切口的形成和闭合、结构倒塌过程、塌落范围与形态等与模拟结果基本一致。     

岩石介质中双孔爆破效应的数值模拟研究

基于动力分析软件LS-DYNA及Langrange-Euler耦合算法,数值模拟研究了双炮孔同时起爆和微差起爆(微差时间分别为0.05 ms、0.1 ms、0.3 ms和5 ms)时爆炸冲击波在岩石介质中的传播规律和爆破对炮孔周围岩体振动效应的影响。研究表明:双炮孔同时起爆初期,损伤破碎区的扩展类似于单孔爆破;当爆炸冲击波相互叠加后,两炮孔中间纵向单元和药柱内外两侧横向近区单元的压力和等效应力随爆心距的增大而减小,而自由面上单元呈现出先增后减的变化趋势,且在距药柱10 cm外出现内侧单元的压力和应力值均高于外侧;微差起爆可缓解爆破振动和改善爆破效果,以同时起爆药柱完全引爆所需时间0.3 ms为例,当微差小于0.3 ms时,随着微差时间的延长,微差起爆对周围岩体单元的压力和等效应力峰值的降低幅度越大,同时缓解岩体纵向爆破隆起和z方向的振动效应也越明显,但超过0.3 ms后则微差起爆的改善效果受到一定限制。     

高配筋立柱楼房定向爆破拆除技术

针对待爆南昌市青山湖宾馆主楼为高配筋楼房,其刚性大、爆破难度大、解体困难等问题,提出了由南向北的定向控制爆破倒塌方案。根据待爆楼房配筋高、刚性大的特点,选择2根典型代表性配筋立柱KJZ26(劲性柱)、KJZ19(双层配筋)进行试爆和预处理,取得合理的爆破参数,以达到楼房顺利倒塌目的:割断立柱局部钢筋,削弱其强度;提高炸药单耗,使钢筋产生塑性变形并抛出混凝土块,最终失去支撑作用。采用的分块斜线起爆网路使楼房爆破后实现空中剪切、弯曲和挤压,改善解体效果,缩短倒塌距离;将楼房分为4跨,分区逐跨落地技术能够有效降低塌落振动。采用后2排双轴支撑链的后支撑链前移技术能够有效防止楼房下坐和后坐。结果表明,爆破效果良好,达到了预期目标。