Shaking table collapse test on exterior corridor RC frame with infill walls

为研究外廊式RC框架结构体系中填充墙对结构抗地震倒塌性能的影响，以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型，进行了一个缩尺比例为1∶4的外廊式框架结构模型振动台试验，得到了结构地震倒塌的全过程现象和破坏倒塌机制。试验结果表明：模型结构在振动台上的倒塌始于结构底层教室侧纵向框架柱的破坏，该侧框架柱破坏位置集中在柱端和半高填充墙位置处，形成明显塑性铰；之后，纵向另外两榀框架柱相继失效，造成结构底层率先倒塌，继而产生更大范围的逐层连续倒塌，与实际震害的倒塌模式基本一致。进一步利用ABAQUS有限元软件，建立了有无填充墙外廊式框架结构的数值模型，进行了底层柱剪力和塑性铰分布情况分析，结果表明，半高填充墙对柱的约束效应对结构损伤分布和破坏机制产生较大影响，建议在设计中应考虑填充墙的刚度，避免半高填充墙与柱的硬连接布置。     

考虑填充墙影响的教学楼框架结构推覆分析

针对砌体填充墙框架结构在地震作用的下的受力特点,分析了填充墙RC框架结构产生震害的主要原因。建立填充墙简化分析的等效斜撑模型,利用SAP2000有限元分析软件进行填充墙框架结构教学楼的地震反应推覆分析。侧向加载模式分别采用振型荷载模式和均布荷载模式,主要考察填充墙对典型RC框架结构教学楼在大震作用下抗震性能的影响。分析结果表明:在大震作用下,结构达到能力谱方法确定的性能点时,按现行规范设计的框架结构教学楼的层间弹塑性变形能够满足规范要求。但填充墙的影响改变了框架结构塑性铰的分布和发展水平,尤其半高填充墙对框架柱的约束使得底层框柱可能发生剪切破坏,使结构在大震下倒塌的危险性增大。研究结果可为此类结构在大震作用下的抗震性能评价及抗震加固提供参考。     

RC异形柱框架抗连续倒塌试验研究

按照我国现有抗震标准设计了一个1/3缩尺的两层3×2跨异形柱框架结构模型,并在替代柱的二层柱顶进行了竖向静力加载,以研究模型框架在失去底层角柱后,框架结构在倒塌破坏过程中的水平变形、传力方式及受力机理。研究结果表明:框架的倒塌破坏全过程可分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和破坏阶段;在角柱失效后,由梁端塑性铰和板内负弯矩塑性铰线构成的梁板空间受力机制为抵抗框架倒塌破坏的主要体系。     

基于实际火灾场景的钢框架结构倒塌机制分析

采用ABAQUS建立无楼板的多层钢框架模型,采用顺序热-固耦合法,综合考虑实际火灾场景下局部火源位置、火源功率变化、非均匀分布温度场及火灾作用下梁柱失效进行分析,研究了在梁柱的受火形式和失效柱位置两种因素影响下钢框架结构的初始破坏机理与倒塌机制。结果表明：钢框架结构的连续倒塌始于受火柱的屈曲失效,与之相连的梁由于失去竖向支撑挠度增大并产生拉力,使内力重分布柱产生侧移,进而在火灾的持续作用下结构位移不断发展,破坏向周围扩散,最终导致结构发生连续性倒塌;当底层失效柱为角柱和边柱时,结构发生倾覆式连续性倒塌;当底层失效柱主要分布在结构对称轴上时,结构发生下沉式连续性倒塌,该类型倒塌发生较为突然。     

钢筋混凝土框架填充墙结构抗震性能分析

针对砌体填充墙框架结构在地震作用下的受力特点,结合汶川地震,分析了填充墙框架结构产生震害的主要原因。建立了填充墙简化分析的等效双压杆模型。着重研究了地震荷载作用下,填充墙对框架性能的影响。结果表明,砌体填充墙对提高结构的抗侧刚度和强度有一定的作用,改变了框架结构塑性铰的分布和发展水平。同时也表明,砌体填充墙在地震作用时有一定的耗能能力。     

考虑土与结构相互作用的钢筋混凝土框架子结构抗震性能试验研究

独立基础-钢筋混凝土框架结构在遭遇地震时会出现底层柱破坏严重并且柱端出现大量塑性铰的破坏形态,同时考虑到独立基础对底层柱的约束能力会影响上部结构塑性铰的发展顺序,应对土与结构相互作用对混凝土框架抗震性能的影响进行研究.为此,对一榀独立基础-框架子结构开展低周反复荷载试验,分析考虑土与结构相互作用下结构的抗震性能.结果 ...     

现浇楼板对RC框架结构柱端弯矩放大系数的影响

针对混凝土框架结构梁柱节点塑性铰多形成在柱端导致框架结构层间侧移偏大,易增加倒塌风险的问题,通过3种不同的考虑楼板的建模方式进行动静力弹塑性分析。结果表明:柱弯矩增大系数为1.7时不会出现强柱弱梁破坏机制,轴压比为0.66时框架柱两端均出现塑性铰。该结构框架梁端有效翼缘不能取6倍板厚,整浇楼板模型形成的破坏机制更为不利。     

地震作用下钢筋混凝土框架结构倒塌全过程振动台试验研究

以玉树7.1级地震中某底层遭到严重破坏的钢筋混凝土（RC）框架结构为原型,设计了1个1∶5缩尺的三维模型,通过模型的倒塌全过程振动台试验,研究了汶川、玉树地震中高烈度地区RC框架结构出现的典型侧向逐层呈多米诺骨牌式连续倒塌现象的全过程和倒塌破坏机制。试验中该模型结构的倒塌过程共分为两个阶段,即侧向增量倒塌和竖向连续倒塌。当底层层间位移角达到1/19时,试验模型处于临近倒塌状态。在倒塌过程中,底层角柱C3最先丧失竖向承载力,此时竖向倒塌开始发展,结构在重力荷载及输入地震动的共同作用下,底层柱的水平侧移持续增加,造成其相邻的柱B2、B3、C2相继失效,丧失竖向承载力,模型结构的冗余度不足使结构产生更大范围的竖向倒塌,最终模型结构呈侧向逐层连续倒塌。通过对倒塌后废墟的研究,发现模型结构呈“强梁弱柱”型破坏,其破坏模式与震害调查结果一致。最后,讨论了此种废墟下人员生存空间的问题,给出了防RC框架结构倒塌的相关建议。     

汶川地震钢筋混凝土框架结构震害及对策

汶川大地震造成了部分钢筋混土框架结构的严重破坏和倒塌,震害包括结构的整体倒塌、部分倒塌、薄弱层倒塌、底层柱的柱顶和柱底的弯曲破坏、短柱的剪切破坏、框架梁端的弯曲破坏等等;此外原先抗震设计时不被注意的楼梯出现受拉破坏,有的甚至被拉断;填充墙是框架结构破坏严重的非结构构件。框架结构这些震害产生的原因多种多样,如实际地震影响烈度大大超过设计设防烈度、建筑的施工质量问题、设计不合理（刚度突变,强梁弱柱）,等等。在对倒塌破坏的框架的震害进行深入分析后,本文提出了解决框架结构抗倒塌的方法：加强柱的抗震设计、适当布置抗震墙、采用隔震或消能减震技术。楼梯设计时应考虑地震下楼梯受力情况,采用刚性连接时,要求计算出楼梯地震效应,并进行配筋;楼梯一端与结构采用滑动连接时,可消除楼梯地震作用下的内力,设计时可不考虑地震影响;加强结构填充墙抗震性能,确保罕遇地震下不致倒塌伤人。     

加设翼墙RC框架结构抗倒塌试验研究

汶川地震中的极震区域内,钢筋混凝土框架结构出现了严重的整体倒塌型破坏,造成难以承受的人员伤亡和财产损失。本文从框架结构抗震设计概念和实际震害出发,针对框架结构在地震中出现强梁弱柱型层屈服机制提出研究方向,通过分析带翼墙框架结构的实际震害和振动台模型试验肯定此类结构的极震抗倒塌能力。振动台试验主要以北川老县城一栋抗震性能良好的底框结构为原型,选取1∶4缩尺比例设计带翼墙的框架结构实验室模型,进行振动台试验。试验现象表明,加设翼墙后结构塑性铰出现在底层柱底和各层梁端,结构出现"强柱弱梁"的整体屈服机制,通过分析模型在试验中的地震响应得到带翼墙的框架结构可承受0.58W的水平荷载,对应1/50的整体位移角,表明加设翼墙后的框架结构具有良好的极震抗倒塌能力和可靠的冗余度。     

填充墙钢筋混凝土框架结构基于位移的改进抗震设计方法

按现行抗震规范设计的底部空框架填充墙钢筋混凝土框架结构,可能无法实现“强柱弱梁”的预期延性破坏机制。为此,建立了填充墙与主体框架协同作用的等效斜撑-框架模型,改进等效单自由度体系阻尼比与刚度的确定方法,提出了填充墙钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计方法;针对底部为空框架的填充墙钢筋混凝土框架结构进行不同性能目标下的静力推覆分析,实现其“使用良好”、 “修复后使用”和“防止倒塌”性能水平的抗震设计。采用动力弹塑性时程分析方法和能力谱法验证了基于位移的改进抗震设计方法的有效性。分析表明,应用基于位移的改进抗震设计方法,可综合考虑填充墙对主体框架的利弊作用,实现结构性能抗震设计目标。     

基于易损性的RC空间框架填充墙结构连续倒塌能力分析

为研究填充墙对RC空间框架抗竖向连续倒塌能力的影响,对一栋6层双跨RC框架结构采用OpenSees有限元软件进行了建模,利用集中塑性的beamWithHinges单元模拟填充墙的性能。考虑到结构的不确定性,在有限元模型的基础上采用改进的拉丁超立方体抽样法获得了性能不同的100个纯框架结构和100个框架填充墙结构,并采用PDA方法和竖向IDA方法对取得的样本进行了易损性分析和对比。分析结果表明：填充墙提高了框架结构的抗倒塌能力,发生连续倒塌概率相同的情况下,框架填充墙结构的承载能力要比纯框架结构的高10%~20%。此外,两种分析方法对纯框架结构的抗连续倒塌能力分析差别较小,而对于带填充墙的框架结构,PDA方法计算结果则偏于保守。     

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。     

足尺水泥聚苯模壳格构式混凝土填充墙钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

为研究水泥聚苯模壳(EPSC)格构式混凝土填充墙钢筋混凝土(RC)框架的抗震性能,对一足尺单层EPSC格构式混凝土填充墙RC框架模型进行了振动台试验。试验中考虑了墙体开洞及墙体与RC框架的连接方式,研究了不同强度地震动作用下模型结构的动力特性、加速度反应、位移反应、层间剪力和动应变反应。研究结果表明：连续强震动作用下EPSC裂缝数量较多,部分格构柱水平开裂,而RC框架未发现损伤,EPSC格构式混凝土填充墙RC框架具有良好的抗震性能;模型最大层间位移角仅为1/513,格构式混凝土墙体的存在极大增强了RC框架的抗侧刚度;墙体与RC框架设置不同间距、长度的拉结筋均能提高墙体的平面外稳定性能,可控制墙体与框架协同工作。     

不同连接方式砌体填充墙钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

填充墙的构造形式对框架结构的抗震性能影响较大。试验设计了7榀足尺的单层单跨钢筋混凝土框架,其中6榀为带加气混凝土砌块填充墙框架,1榀为空框架,对其进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验。填充墙与框架的连接方式采用柔性连接和刚性连接两种。柔性连接填充墙的变化参数主要包括构造柱的构造形式和数量、框架柱中拉结筋的设置与否和填充墙上设置竖向缝的数量。分析了不同填充墙构造形式框架的破坏特征、荷载 位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化、耗能能力。结果表明：柔性连接填充墙框架的抗震性能介于刚性连接填充墙框架和空框架之间;对于柔性连接填充墙框架,填充墙的构造措施对框架结构的抗震性能有一定的影响,但影响不大。     

砌体填充墙RC框架结构平面内抗震性能有限元模拟

砌体填充墙RC框架结构是我国建筑结构中普遍采用的结构形式,历次地震震害表明填充墙的刚度效应和约束效应改变了主体结构的传力机理,导致整体结构的严重破坏。为了分析其砌体填充墙RC框架侧向承载力和刚度,研究砌体填充墙与RC框架之间的相互协同工作机理和砌体填充墙的开裂模式以及砂浆层的滑移,该文利用三维实体单元和基于表面的粘性接触面模型和摩擦原理,建立一种能够较好地模拟其平面内抗震性能的分离式有限元模型。对一个已有试验分别建立普通有限元模型和分离式有限元模型,二者的分析结果与试验结果的对比表明,分离式有限元模拟方法可以更加准确地预测砌体填充墙RC框架结构的侧向承载力和刚度,并且可以有效地模拟出砌体填充墙的开裂模式,通过塑性应变可以判断出RC构件的失效。     

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。     

框架结构填充墙的概念设计

先总体阐述了填充墙对框架主体结构的受力影响,然后重点研究了填充墙的约束效应和面外倒塌机理问题,并提出相应的设计建议,以提高框架结构的抗震性能。