开洞填充墙RC框架抗连续倒塌性能研究

为研究边柱失效工况下开洞填充墙钢筋混凝土(RC)框架的抗连续倒塌性能,在实验室制作了一榀1/4缩尺的三层两跨的开洞填充墙框架试件,并对其进行拟静力(Pushdown)加载。试验结果表明：填充墙可以大幅提高RC框架的抗连续倒塌性能,与纯框架相比,开洞填充墙RC框架的初始刚度、峰值荷载和极限荷载分别提高了521%、209%和86%。填充墙作为等效斜压杆传递了部分竖向荷载,使开洞填充墙RC框架的节点水平向外位移较大。此外,基于LS-DYNA软件建立精细化有限元模型和简化压杆模型,有限元分析结果表明：相比于精细化有限元模型,本文所提出的简化压杆模型可以更准确模拟填充墙在连续倒塌过程中的力学行为和抗力曲线,但对再现结构的破坏模式有所欠缺。填充墙的开洞会削弱墙体对RC框架抗连续性能的提升,在开洞率相等时,洞口开在中柱附近时的削弱作用最小;而填充墙开洞率和开洞数量的增加均会降低结构的峰值荷载。     

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。     

全填充墙钢筋混凝土框架不同失效工况下的抗连续倒塌机理研究北大核心

为研究失效工况对全填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗连续倒塌性能的影响,基于有限元软件ABAQUS,建立了不同失效工况下的全填充墙RC框架的抗连续倒塌分析的精细化有限元模型,选取了合适的本构模型,并与已有的试验研究结果进行了对比,验证了建模方法和本构关系选取的合理性。在此基础上,通过对比分析了不同失效工况下的全填充墙RC框架结构抗连续倒塌的全过程荷载-位移关系、试件的整体破坏模式以及填充墙的局部破坏模式。结果表明:中柱失效工况下全填充墙RC框架的峰值荷载最高,次边柱失效工况下次之,边柱失效工况下最低;全填充墙RC框架边界在强约束作用下,与失效柱相连的框架梁发生破坏,但相邻柱并不发生破坏,且填充墙会形成撑杆效应,而弱约束作用下,试件框架梁和相邻柱均会发生破坏,边界一侧无约束作用下,破坏会向有边界约束侧的相邻跨发生传递。     

某预应力混凝土框架结构的连续倒塌有限元分析

为了分析某预应力混凝土框架结构抗连续倒塌性能,本文采用动力非线性分析方法应用显式动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA对一榀两层两跨的预应力混凝土框架厂房分别进行拆除底层角柱、底层中柱的连续倒塌数值仿真分析。通过数值分析分析得出:预应力混凝土结构的抗连续倒塌性能弱;对于预应力混凝土框架结构,拆除中柱的工况下比拆除角柱的工况下更容易发生连续倒塌;对于预应力混凝土框架结构抗连续倒塌性能的增强必须同时加强梁和柱的构造措施。     

填充墙RC框架结构抗连续性倒塌研究

论文基于备用荷载路径原理,采用非线性静力和非线性动力分析方法,研究了填充墙的布置对框架结构连续性倒塌性能的影响.建立一个4层RC框架结构模型,分别对纯框架结构和考虑填充墙布置的框架结构进行了分析,移除首层框架中柱,分析剩余结构在移除柱后的动力响应.分析结构表明,填充墙不仅能承受一定的竖向荷载,还能增大剩余结构的延性和失效跨内荷载重分配的范围,减小失效点的竖向位移,从而提高了结构的抗连续性倒塌能力.填充墙的不均匀布置对结构抗连续性倒塌性能有明显的消弱作用,在进行结构抗连续性倒塌设计时,应特别注意填充墙的数量和布置方式,避免形成薄弱层.     

压型钢板支撑加固RC框架填充墙有限元分析

针对一榀钢筋混凝土(RC)框架填充墙结构和一榀压型钢板支撑加固RC框架填充墙结构,在低周反复荷载作用下进行抗震性能非线性有限元分析,通过试验数据验证有限元模型的有效性,并分析两榀框架的滞回曲线、骨架曲线、延性和刚度退化曲线。分析结果表明,加固后框架的最大水平荷载作用承载力为加固前的1.44倍,延性为加固前的1.12倍,抗侧刚度为加固前的1.28倍。最后,探讨压型钢板厚度和板型对结构承载力的影响。     

多层砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究

为了研究砌体填充墙沿框架层不连续布置对框架结构抗震性能的影响,进行了3榀两层单跨砌体填充墙框架结构模型、1榀单层单跨砌体填充墙框架结构模型、1榀两层单跨框架结构模型和1榀单层单跨框架结构模型的对比试验,分析了各试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、承载力退化和耗能性能等抗震性能指标。结果表明：无论是单层单跨还是两层单跨的砌体填充墙框架结构,其水平峰值荷载和初始刚度比相应的纯框架结构均有较大幅度的提高,且其刚度退化程度比相应纯框架结构要缓慢;砌体填充墙的存在提高了框架结构的抗侧刚度和水平峰值荷载,使框架结构的变形由剪切型逐渐转变为弯剪型;砌体填充墙参与了结构的滞回耗能,填充墙框架的位移延性和累积耗能能力明显优于框架;砌体填充墙沿框架层不连续布置会引起框架结构层间侧移刚度和层间受剪承载力发生突变,影响框架结构的破坏形态,但由于砌体填充墙参与了框架结构的滞回耗能,故其仍具有较好的抗震性能。     

全填充墙钢管混凝土组合框架抗连续倒塌性能研究

现有建筑结构的抗连续倒塌设计主要以提高失效柱上部梁构件的梁机制和悬链线机制承载力作为主要的设防目标,忽略了既有非结构构件共同承担竖向构件失效后的抗倒塌能力贡献。为研究填充墙对钢管混凝土组合框架抗连续性倒塌性能的影响,该文对拆除中柱构件后的全填充墙钢管混凝土柱 压型钢板组合梁框架剩余结构进行单调竖向静力加载,获得试件竖向荷载 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变化曲线,并与钢管混凝土组合框架倒塌试验结果进行对比分析。研究结果表明：该类结构的荷载 位移关系曲线分为四个阶段,弹性阶段、弹塑性阶段、裂缝发展阶段和破坏阶段。填充墙作用可以提高钢管混凝土组合框架的抗倒塌承载力,但结构的延性有所降低。基于试验研究结果,利用ABAQUS/Implicit建立了全填充墙钢管混凝土组合框架抗倒塌精细化有限元模型,并验证了建模方法的合理性。在此基础上,分析了不同填充墙开洞率对钢管混凝土组合框架抗倒塌承载力和破坏模式的影响,发现不同开洞率对试件的初始刚度、峰值荷载和位移延性均有一定影响,研究结果以期为该类结构的抗倒塌设计提供一定的参考。     

RC框架梁板柱空间协同抗倒塌机制非线性仿真分析

现浇楼板对RC框架结构的承载性能有影响,准确分析考虑楼板贡献的RC框架结构抗倒塌性能与机制很有必要。采用基于三维实体退化虚拟层合单元理论的非线性有限元分析程序VFEAP,先分别对水平荷载作用下2层RC框架抗侧试验模型和竖向荷载作用下2层RC框架底层中柱失效抗倒塌试验模型进行梁板柱空间协同非线性分析,仿真模拟结果与试验结果吻合良好,表明分析程序具有很好的适用性;据此,再对10层九宫格平面RC框架结构进行底层内柱失效情况下竖向连续性倒塌全过程仿真分析与研究,根据分析结果得出,失效柱贯通十字梁格区域,几乎全部楼板始终处于偏心受拉状态,明显呈现板膜偏拉受力机制;与失效柱相连的贯通梁因楼板参与受力未出现压拱和悬链线机制,始终以梁抗弯机制为主,局部区域处于偏心受拉状态,可为完善梁板柱协同抗倒塌机制研究提供参考。     

两层单跨缩尺RC框架结构外爆炸试验数值模拟

基于已有1/4缩尺钢筋混凝土(RC)框架结构爆炸试验,采用有限元软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型,系统全面地分析了爆炸荷载作用下开口框架、带填充墙框架、带部分开洞填充墙框架、车库4种结构形式的动态响应行为,对爆炸冲击波超压、冲量、结构局部及整体响应情况进行了数值模拟,并与试验结果进行对比分析。结果表明:当空气、炸药网格尺寸为50 mm×50 mm时,有限元模型可以较好地预测爆炸冲击波的传播过程和结构响应情况; 框架中柱的正面反射超压模拟值呈上小下大的梯度分布; 框架中柱的冲量模拟值和试验值较为吻合,正面冲量呈上小下大的梯度分布,背面冲量在楼层位置和填充墙附近明显增大; 底层框架中柱的损伤破坏与试验接近,跨中位移模拟值和试验值相对误差小于5%; 填充墙能够阻止爆炸冲击波在结构内部传播,但显著增加中柱位置的冲击荷载和底层楼板上下表面压力差; 通过对比模拟结果与试验结果验证了数值模拟方法、网格尺寸、材料模型与参数取值的正确性与适用性,可为原型RC框架结构抗爆响应和破坏倒塌分析提供有益的参考。     

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。     

钢筋混凝土框架-再生填充墙抗震性能试验研究

进行5榀框架-再生填充墙试件（包括1榀纯框架及1榀墙体试件）的低周反复加载试验,得到不同框架-再生填充墙试件的滞回曲线与骨架曲线,研究了不同再生填充墙对试件承载力、变形能力、延性与耗能能力的影响。收集已有文献中框架-填充墙试件的抗震性能试验数据,采用归一化分析,对比研究了再生与普通填充墙对框架-填充墙试件抗震性能的影响。结果表明：再生填充墙的墙体材料组成对框架结构的抗震性能影响较大,再生多孔砖填充墙使框架结构变形能力和延性略有减小,结构在屈服荷载时耗能能力较好,但在极限荷载时耗能能力较差;120型和90型再生隔墙板填充墙均使框架结构的变形能力和延性有所降低,但前者耗能能力远优于后者;相比于框架-普通填充墙结构,框架-再生填充墙结构在极限荷载后性能退化较快。     

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。     

钢板带加固砖填充墙RC框架抗震性能试验研究

为研究钢板带加固砖填充墙RC框架的抗震性能,设计了缩尺单层单跨的纯RC框架1个、砖填充墙RC框架1个以及钢板带加固砖填充墙RC框架2个,考虑砂浆强度的影响,并对钢板带施加一定的预应力。基于低周往复荷载试验,对比分析了不同类型框架的破坏过程、滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性和耗能能力。结果表明：钢板带加固砖填充墙RC框架可提高其承载力与耗能能力,但位移延性系数略有下降;钢板带加固基本不影响砖镇充墙RC框架的初始抗侧刚度,但是在层间位移角为1/100~1/50时,割线刚度可以提高24.6%~31.9%;螺栓孔对水平灰缝的削弱会影响填充墙的破坏形态;砂浆强度的提高会增加钢板带加固砖填充墙RC框架的初始抗侧刚度、峰值荷载与耗能能力。此外,提出了预应力钢板带加固砖填充墙RC框架的水平承载力计算方法,具有较好的预测精度。     

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。     

Cyclic behaviour of hinged steel frames enhanced by masonry columns and/or infill walls with/without CFRP

Abstract

This paper investigates the in-plane seismic behaviour of hinged steel frames that are enhanced with masonry columns and/or infilled walls. First, eight half-scaled hinged steel frame specimens were constructed according to the realistic structural system of Bund 18, which is a historical building in Shanghai, China. Then, cyclic loads were exerted on these frames. The test results indicated that the seismic behaviours of the hinged steel frames can be significantly improved with the use of masonry columns and/or infilled masonry walls as well as with proper strengthening due to carbon fibre-reinforced polymer (CFRP) sheets. A simplified model was developed to simulate the seismic behaviours of these frames. In this model, infilled walls and CFRP sheets were replaced by diagonal struts, and the steel members and their surrounding elements were treated as composite members. Finally, this model was verified by experimental results.     

Nonlinear analysis of masonry-infilled steel frames with openings using discrete element method

Nonlinear numerical modeling of masonry-infilled frames is one of the most complicated problems in structural engineering field. This complexity is attributed to the existence of joints as the major source of weakness and material nonlinearities as well as the infill-frame interaction which cannot be properly modeled using the traditional finite element methods. Although there are many numerical studies available on solid masonry-infilled steel frames’ behavior, however, few researches have been conducted on infilled frames with openings. In this paper a two-dimensional numerical model using the specialized discrete element method (DEM) software UDEC (2004) is developed for the nonlinear static analysis of masonry-infilled steel frames with openings subjected to in-plane monotonic loading. In this model, large displacements and rotations between masonry blocks are taken into account. It was found that the model can be used confidently to predict collapse load, joint cracking patterns and explore the possible failure modes of masonry-infilled steel frames with a given location for openings and relative area. Results from the numerical modeling and previous experimental studies found in the literature are compared which indicate a good correlation between them. Furthermore, a nonlinear analysis was performed to investigate the effect of door frame on lateral load capacity and stiffness of infilled frames with a central opening.     

Effect of unreinforced masonry infills on seismic performance of reinforced concrete frame-shear wall buildings

Reinforced concrete (RC) shear wall buildings with unreinforced masonry (URM) infilled moment frames are common in India and neighboring countries. This study assesses the influence of the URM infills on their seismic performance. Fully infilled, open first-storied, and bare frame versions of a 25-story shear wall building are considered. Multiple stripe analysis is conducted at five return periods to estimate their performance. Fragility functions for the collapse prevention limit state, which is based on seven engineering demand parameter exceedance thresholds, are generated and compared. The presence of infills (full or partial) is observed to have an overall positive effect on the performance of the RC frame-shear wall buildings. The performance of the open first-story building was comparable to that of the fully infilled building. The ratio of story shear carried by the moment frames and shear walls is studied at all return periods to understand the variation in frame shear wall interaction with increased damage for each building. In the case of buildings with infills, the frames carry a higher proportion of story shear at lower return periods. For all three buildings, the fraction of story shear carried by moment frames increases along the height of the building.