螺栓连接预制混凝土梁-板子结构抗连续倒塌机理研究

为研究螺栓连接预制混凝土(PC)结构的抗连续倒塌性能,制作一个两跨1/3缩尺的螺栓连接PC梁-板子结构试件,采用堆加均布荷载与Pushdown相结合的加载方式研究其在受力过程中的开裂模式和抗力曲线。结果表明:螺栓连接PC框架具有较好的变形能力;在加载初期试件抗力主要由梁和板的抗弯机制提供;与RC结构不同的是压拱机制作用对PC梁抗倒塌贡献较少。由于梁柱节点部位螺栓附近混凝土容易发生撕裂破坏导致预制梁提早退出工作,但板中钢筋网在大变形阶段可以发展拉膜机制使得子结构可以继续承受荷载,不至于发生倒塌破坏。通过有限元软件LSDYNA建模,进一步分析了螺栓连接PC结构的预制梁与板(预制板和后浇叠合层)对结构抗力的贡献。有限元分析表明,预制板及后浇叠合层在加载初期的抗力贡献高达87%,在大变形阶段由于叠合层钢筋网发展拉膜机制,其抗力贡献也高达72%。     

焊接连接预制混凝土梁-板子结构抗连续倒塌性能研究

通过试验与有限元分析研究焊接连接预制混凝土(PC)梁-板子结构的抗连续倒塌性能。在实验室制作1个焊接连接PC梁-板子结构缩尺模型,采用Pushdown加载方法并考虑工作荷载对结构倒塌过程的影响,研究该子结构在去除1个边柱工况下的抗力曲线、梁板变形、钢筋应变及有效抗力机制。试验结果表明,尽管假设动力放大系数为2.0,试验模型在瞬间移除1个边柱工况下也不会发生连续倒塌,焊接连接PC试件的破坏首先发生于焊缝处栓钉断裂。为了解焊接连接PC子结构抗倒塌机理及各主要构件的抗力贡献,通过商业软件ANSYS/LSDYNA进行数值分析并开展拓展分析。通过对比试验及有限元模拟结果发现,采用LSDYNA软件可以准确模拟试件的破坏模态及受力特性。有限元分析结果表明:在受荷初始阶段,预制板及叠合层对抗倒塌承载力的贡献只占30%,抗力主要由预制梁发展梁机制承担;但是在后期大变形阶段,预制板及叠合层对抗倒塌承载力的贡献可高达80%,叠合层中的钢筋网发展拉膜作用是后期大变形阶段试件的主要抗力机制。     

无黏结预应力梁-柱子结构抗连续倒塌机理研究

为了研究中柱失效下不同钢绞线布置形式(直线型和抛物线型)的无黏结预应力混凝土(UPC)结构的抗连续倒塌机理,对1/2缩尺的2个后张拉无黏结预应力混凝土梁-柱子结构和1个钢筋混凝土(RC)梁-柱子结构进行Pushdown加载。试验结果表明：直线型布筋和抛物线型布筋UPC梁-柱子结构相比于RC梁-柱子结构的极限荷载分别提高95%和189%,但设置预应力筋会增大梁-柱子结构的水平拉力,导致UPC梁-柱子结构的边柱相比于RC梁-柱子结构的破坏更加严重;RC梁-柱子结构和抛物线型UPC梁-柱子结构的破坏由钢筋断裂控制,而直线型UPC梁-柱子结构的破坏由钢绞线断裂控制。通过有限元软件LS-DYNA建立精细化有限元模型,在验证模型准确性的基础上展开有限元分析。分析结果表明：当预应力筋配筋率相同时,中柱失效工况下直线型布置比抛物线型布置的UPC梁-柱子结构极限荷载高20%～58%;直线型预应力筋可在加载全过程发展悬索机制抵抗倒塌,而抛物线型预应力筋仅当中柱位移超过1倍梁高时开始发展悬索机制。     

机械套筒连接预制混凝土结构抗连续倒塌机理

为研究机械套筒连接预制混凝土(PC)结构的抗连续倒塌性能,对2个1/2缩尺PC子结构开展了试验研究,获得了PC子结构的破坏模式、竖向抗力-位移曲线、水平反力-位移曲线和梁挠度曲线。通过有限元软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型,并开展了数值分析。结果表明:子结构破坏主要集中在梁端,其中靠近中柱的梁端破坏相较于靠近边柱的梁端破坏更为严重; 梁-柱节点区域未发生明显破坏,试件的最终失效由中柱两侧梁端纵筋断裂控制,采用机械套筒连接可以保证梁底部钢筋的连续性; 压拱阶段和悬索阶段子结构主要通过梁截面剪力和轴拉力传递荷载; 增大钢筋直径可以显著提高子结构的第一峰值承载力和极限承载力; 混凝土抗压强度对于机械套筒连接PC子结构的承载力影响不大,但提高混凝土强度会提高混凝土与钢筋间的黏结力,导致梁纵筋更早发生断裂。     

装配整体式混凝土框架结构抗连续倒塌试验研究

节点连接的破坏和失效显著影响装配整体式混凝土框架结构在连续倒塌大变形下的抗力机理、破坏模式和变形能力。为研究装配整体式混凝土框架结构的抗连续倒塌性能,设计了3个1/3缩尺的两跨梁柱子结构试件,开展了拟均布加载下的静力连续倒塌试验和理论计算分析。包含1个现浇对比试件RC和2个采用不同梁柱纵筋连接方式的装配整体式试件PC,即梁钢筋通过机械套筒连接和锚固板锚固、柱钢筋通过半灌浆套筒连接的试件,梁钢筋通过90°弯折锚固、柱钢筋通过约束浆锚连接的试件。试验发现：由于后浇区混凝土强度的提高,装配整体式试件的压拱机制峰值荷载较现浇对比试件分别提高22.9%和20.2%;拟均布加载下,梁最终变形呈曲线,该变形模式下节点需要提供更高的转动能力才能保证梁整体变形满足T/CECS 392—2021《建筑结构抗倒塌设计标准》的挠度要求;在悬链线峰值荷载时相邻跨梁提供的水平约束能有效限制边柱的水平变形和装配式试件的坐浆层滑移。理论计算表明,装配整体式试件的压拱作用的倒塌抗力贡献率低于现浇对比试件,其原因是边柱坐浆层滑移削弱了梁端约束,进而降低了压拱机制承载力。采用能量原理评估了试件的动力倒塌抗力,由于压拱机制下的累积耗能能力较高,装配整体式试件的动力倒塌抗力分别比现浇试件提高了16.8%和18.8%。     

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。     

采用不同节点形式的三维钢框架-组合楼板子结构抗连续倒塌性能试验研究

为研究三维钢框架-组合楼板子结构的抗连续倒塌性能,对4个采用不同节点形式的1/3缩尺组合楼板试件在移除边柱工况下进行了拟静力试验。试件主梁与柱的连接形式为平齐式端板(FEP)节点、反向槽钢(RC)节点、狗骨式(RBS)节点与栓焊混合(WUFB)节点,次梁与柱及次梁与主梁的连接形式为腹板双角钢(DAC)节点或剪切板(FP)节点。通过特殊设计的6点加载系统实现位移控制下的均布荷载作用,获得了三维钢框架-组合楼板子结构加载全过程的荷载-位移曲线以及破坏模式,并分析了抗弯效应、悬链线效应及楼板的受拉薄膜效应对结构抗连续倒塌性能的影响。结果表明:对于主梁节点,采用栓焊混合连接的试件具有较高的初始刚度和极限承载力,而采用反向槽钢连接的试件则具有较好的延性,采用狗骨式连接的试件具有最好的能量吸收能力; 对于次梁节点,采用剪切板连接的试件呈现出明显的脆性破坏特征,而其他采用腹板双角钢连接的试件发生的是延性破坏; 在边柱失效情况下,抗弯效应在抵抗连续倒塌过程中一直起主导作用,楼板的受拉薄膜效应在结构的大变形阶段也发挥着一定的作用,而悬链线效应贡献较小,可忽略不计。     

混凝土框架结构抗连续倒塌性能研究

混凝土框架结构在服役期间遭遇极端灾害作用时,会由于支撑构件失效而发生连续性倒塌。以某医院的门诊大楼为研究对象,采用ABAQUS,建立该混凝土框架结构的有限元模型,并开展其抗连续倒塌分析。通过对支撑柱失效时间、柱失效位置,以及倒塌过程中结构的位移响应和弯矩演变过程进行研究,发现底层中柱失效时,框架结构相邻两侧的梁可通过悬链线拉结作用抵抗结构倒塌。而结构顶层角柱失效时,由于周边约束较小,框架结构易发生连续倒塌。     

预应力混凝土梁-柱子结构抗连续倒塌性能试验研究

通过开展2个有黏结预应力混凝土(PC)梁-柱子结构和2个无黏结PC梁-柱子结构的拟静力Pushdown试验，对中柱缺失后PC梁-柱子结构的抗倒塌性能进行研究。通过对比有黏结和无黏结PC梁-柱子结构的Pushdown试验结果发现：有黏结预应力筋较无黏结预应力筋可以有效提高结构的屈服荷载与初始刚度；两种子结构主要依靠钢筋产生的悬链线机制抵抗倒塌。此外，PC结构中的非预应力筋配筋率对其抗连续倒塌性能的影响也较为显著。单纯增加非预应力筋配筋率会增加PC梁-柱子结构在悬链线作用阶段中对周围结构的不利影响。因此，在PC结构的抗连续倒塌设计中需考虑合理的预应力筋与非预应力筋的比例。     

现浇与装配整体式混凝土空间框架子结构的抗连续倒塌性能试验对比研究

为研究装配整体式混凝土空间框架结构抗连续倒塌性能与现浇结构的异同，设计并制作了3个2/3缩尺、3梁4柱的混凝土空间框架子结构试件，对中柱进行了力-位移控制的静力加载试验。其中一个试件是现浇混凝土(RC)结构，另外2个试件是装配整体式混凝土(PC)结构，梁柱节点构造分别采用90°弯钩连接及锚固板焊接连接两种形式。根据抗力、位移、应变、裂缝发展及破坏形态等试验结果对试件的受力变化及抗力机制进行了分析。结果表明：PC试件梁端的裂缝发展更集中，而RC试件的梁端裂缝分布更均匀，这对结构受力更有利。RC试件的抗连续倒塌能力优于PC试件，在压拱阶段两者差别不大，但在悬链线阶段，RC试件的荷载最大值为167kN，分别为90°弯钩节点构造形式和锚固板焊接节点构造形式的PC试件的1.57倍和1.22倍，并且RC试件钢筋断裂更晚，具有更好的塑性发展空间。     

装配整体式混凝土框架子结构防连续#br# 倒塌空间受力性能试验研究

文章设计并制作3个2/3缩尺的梁柱节点构造形式为开槽水平搭接的装配整体式混凝土(PC)结构试件,对中柱进行了力-位移控制静力加载的试验。第1个为空间框架子结构,第2个为平面框架子结构,第3个为悬挑结构。根据试验的抗力、位移、应变、裂缝发展及破坏形态等结果对试件的受力变化及抗力机制进行分析。结果表明：压拱作用峰值点之前,空间框架子结构基本可以由平面框架子结构和悬挑结构来叠加等效。由于空间框架平面外横向梁的存在,使得空间框架子结构的压拱效应承载力相比于平面框架子结构的提高11.65%,这主要来源于平面外横向梁的梁机制提供的竖向承载力,但不影响空间框架和平面框架悬链线的开始位移。在悬链线阶段,空间框架子结构平面外横向梁的存在会使悬链线效应降低27.23%,且会使悬链线效应提前近一半的竖向位移结束。在空间框架子结构中发生连续倒塌时,柱头会发生平面外的偏转,会使压拱阶段的峰值相较于平面框架子结构和悬挑结构叠加之和降低4.77%,对悬链线阶段的峰值平面框架子结构和悬挑结构叠加之和降低39.04%。空间框架子结构和平面框架子结构的主要区别源于平面外横向框架梁的影响,会使得空间框架结构出现明显的扭转裂缝,且裂缝发展程度更集中和严重一些,这对结构受力是不利的。     

干式连接装配式混凝土框架抗连续倒塌静力试验研究

大变形下梁柱节点的力学行为是影响干式连接装配式混凝土框架结构抗连续倒塌性能的关键因素。对3个梁柱子结构试件进行了静力连续倒塌试验,包括1个螺栓连接试件、1个后张拉无黏结预应力连接试件和1个现浇对比试件。根据试验结果分析了节点和子结构在不同变形下的破坏模式和结构静力倒塌抗力,并采用能量原理分析了子结构的动力倒塌抗力。和现浇试件相比,螺栓连接试件的受拉区端板屈曲,使结构在压拱机制下的静力和动力倒塌抗力分别降低41%和45%,而连接角钢和螺栓的断裂使悬链线机制下的静力和动力倒塌抗力分别降低27%和37%。对于预应力连接试件,由于受压区混凝土提前破坏使得压拱机制下的静力和动力倒塌抗力分别降低39%和45%。虽然悬链线机制下预应力筋使得结构静力倒塌抗力提高了52%,但由于压拱机制下累积耗能较低,动力倒塌抗力反而比现浇结构降低17%。     

锈蚀RC框架结构连续倒塌抗力机制研究

为研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土(RC)框架结构连续倒塌抗力机制的影响,对3个1/2缩尺RC梁-柱子结构开展了拟静力Pushdown试验,其中1个未锈蚀RC梁-柱子结构作为对照,另2个RC梁-柱子结构在节点区采用电化学加速锈蚀方法模拟钢筋锈蚀。试验结果表明：钢筋锈蚀会影响RC梁-柱子结构的裂缝开展顺序及钢筋断裂位置,同时钢筋锈蚀会削弱压拱机制及悬链线机制对RC结构抗连续倒塌能力的提升作用。在边节点锈蚀率为28.6%和中节点锈蚀率为5.2%的情况下,RC梁-柱子结构的第一峰值荷载和极限荷载分别降低了31.2%和57.4%。基于试验结果,通过对比分析验证不同压拱机制理论计算模型及悬链线机制理论计算模型评估锈蚀RC梁-柱子结构连续倒塌抗力机制的有效性。通过对比分析发现：Lu等提出的模型用于评估锈蚀RC梁-柱子结构压拱机制下的第一峰值荷载的准确性高且离散性低;Yu等所提模型对锈蚀RC梁-柱子结构悬链线机制下极限荷载的评估结果较为准确,但偏于保守。     

Study on load resisting mechanism of corroded RC frame structures against progressive collapse

为研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土(RC)框架结构连续倒塌抗力机制的影响，对3个1/2缩尺RC梁-柱子结构开展了拟静力Pushdown试验，其中1个未锈蚀RC梁-柱子结构作为对照，另2个RC梁-柱子结构在节点区采用电化学加速锈蚀方法模拟钢筋锈蚀。试验结果表明：钢筋锈蚀会影响RC梁-柱子结构的裂缝开展顺序及钢筋断裂位置，同时钢筋锈蚀会削弱压拱机制及悬链线机制对RC结构抗连续倒塌能力的提升作用。在边节点锈蚀率为28.6%和中节点锈蚀率为5.2%的情况下，RC梁-柱子结构的第一峰值荷载和极限荷载分别降低了31.2%和57.4%。基于试验结果，通过对比分析验证不同压拱机制理论计算模型及悬链线机制理论计算模型评估锈蚀RC梁-柱子结构连续倒塌抗力机制的有效性。通过对比分析发现：Lu等提出的模型用于评估锈蚀RC梁-柱子结构压拱机制下的第一峰值荷载的准确性高且离散性低；Yu等所提模型对锈蚀RC梁-柱子结构悬链线机制下极限荷载的评估结果较为准确，但偏于保守。