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。     

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%。     

方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能试验研究

为了研究组合梁对方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能的影响,设计了带有混凝土现浇楼板方钢管混凝土柱-组合梁框架(CFSTCBF)及不带楼板的方钢管混凝土柱-钢梁框架(CFSTSBF),采用拆除构件法对两个试件的抗连续倒塌性能进行竖向加载试验研究,对其在中柱失效工况下的破坏模式、受力机理以及主要的抗力机制进行分析,同时对现浇混凝土楼板和节点在连续倒塌过程中的性能进行探讨。研究表明：两个试件的破坏均是由正弯矩区钢梁破坏引起,结构的倒塌阶段可分为弹塑性阶段、塑性阶段、过渡阶段和悬链线阶段,压拱机制和悬链线机制均能改善结构的抗倒塌性能;混凝土楼板可以有效增强结构的承载能力,提高结构的初始转动刚度,但在改善结构变形能力方面的作用较弱。     

装配整体式混凝土框架梁柱组合体抗震性能试验研究

为研究基于GB/T 51231-2016《装配式混凝土建筑技术标准》改进的新型配筋构造的装配整体式混凝土框架梁柱组合体的抗震性能,进行了 4个梁柱组合体试件的拟静力试验.试件的受力纵筋和箍筋均采用HRB500钢筋,且为满足易施工性的要求,试件中的预制柱采用大直径大间距纵筋,叠合梁采用大肢距组合封闭箍,后浇梁柱节点区则采...     

关于装配整体式与传统现浇式混凝土结构设计的对比分析

装配式建筑是现代建筑发展的必然趋势,是实现建筑产业发展的必然选择,为顺应时代潮流的发展,结构设计人员应理解和掌握装配式结构设计的原理和方法。以实际工程为例,通过对装配整体式与传统现浇式混凝土结构设计中规范要求、结构图纸设计方案、软件操作三方面进行对比,分析归纳其区别,为其他结构设计人员提供一定的参考。     

子结构模型对钢管混凝土组合框架抗连续性倒塌能力的影响

为提高钢管混凝土结构抗连续倒塌分析效率,采用子结构的静力试验和有限元方法进行研究,但是子结构模型的选取对分析结果影响较大。为此,利用ABAQUS显式模块对不同子结构模型的钢管混凝土组合框架进行抗连续倒塌性能分析。在验证材料本构和建模方法合理的基础上,建立单柱双半跨、三柱双跨、四柱三跨和五柱四跨平面子结构模型,以分析不同子结构模型对钢管混凝土平面框架抗连续倒塌性能的影响;对比单柱四半跨、五柱四跨和2×2跨的钢管混凝土空间子结构模型的抗连续倒塌性能,并分析混凝土楼板和层数对其影响。结果表明：不同子结构模型的选取决定了不同的边界约束条件,进而对钢管混凝土组合框架抗连续倒塌性能影响较大;单柱双半跨平面子结构和单柱四半跨空间子结构的边界强约束使其前期荷载较大,但整体变形能力较差;由于失效柱相邻柱的约束增强,四柱三跨、五柱四跨平面子结构的极限弦转角和峰值荷载较三柱双跨子结构明显提高,其中有楼板平面子结构的提高更明显;由于角柱的约束和楼板整体性的提高,有楼板单层2×2跨空间子结构的极限弦转角和峰值荷载均高于五柱四跨空间子结构,但无楼板单层2×2跨和五柱四跨空间子结构相差不大;无论楼板存在与否,随着层数的增加,空间子结构模型的极限弦转角和峰值荷载均大幅提高。     

装配整体式混凝土梁-柱子结构角柱失效后承载能力试验研究

钢筋混凝土框架结构在角柱失效后,与失效角柱相连的两边梁处于弯剪扭复杂受力状态,其承载能力不同于纯弯构件。为评估装配整体式混凝土框架结构在角柱失效后边梁的承载能力,对5个装配整体式梁-柱子结构试件与1个整体现浇梁-柱子结构试件进行单调静力试验。对于装配整体式子结构,考虑了3种节点连接形式(90°弯钩连接、开槽水平搭接、锚固板焊接)和3种扭弯比受力状态(0、0.127、0.254)。通过对比各子结构的破坏形态、承载能力与延性,分析了扭弯比及节点连接形式对边梁承载能力的影响,对比了装配整体式子结构与整体现浇子结构在复杂受力状态下的性能差异。结果表明:在弯扭作用下装配整体式叠合梁承载力随着扭弯比的增加而降低;扭弯比为0.127∶1与0.254∶1时,结构承载力比纯弯结构分别降低了15.9%与40.4%;节点连接形式为90°弯钩连接时,装配整体式叠合梁在复杂受力状态下的性能可以认为与整体现浇梁的相同。     

多层组合框架子结构抗倒塌性能研究及提升策略

为研究多层组合框架的抗连续倒塌性能,以顶底角钢腹板双角钢连接的三层组合框架子结构为研究对象,通过拟静力试验研究了其在移除中柱工况下的承载能力、破坏模式和变形能力。试验结果表明：子结构在加载过程中呈现多次间断性破坏特征,具体表现为受拉角钢断裂,进而腹板螺栓孔发生承压破坏;通过对子结构内力发展和抗力机制的转换过程进行分析,定量得到了各层不同机制对总抗力的贡献,发现整个加载过程中各层抗力表现出一定差异。基于ABAQUS软件采用多尺度建模方法对多层框架子结构进行抗连续倒塌数值模拟,通过与试验结果对比验证了该简化建模方法的正确性。在此基础上,进一步分析了组合楼板对结构抗倒塌性能的影响,结果表明,组合楼板的存在使得结构在梁机制阶段和悬链线机制阶段的峰值荷载分别提高了54%和117%;通过3种形式加劲肋对顶底角钢节点进行加强,使得多层组合框架子结构首次断裂时荷载分别提高了53%,69%和74%。     

碱镁混凝土框架子结构抗连续倒塌性能的有限元分析

本文对碱镁混凝土(BMSCC)框架子结构抗连续倒塌性能进行了非线性拟静力有限元分析.在验证了BMSCC框架子结构基准模型可靠性的基础上,研究混凝土强度等级、主筋配筋率以及跨高比对子结构抗连续倒塌性能的影响.研究发现,BMSCC框架子结构相对于普通混凝土框架子结构的压拱阶段(CAA)承载力有所提高;提高混凝土强度等级、提...     

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%。     

后浇整体式预制混凝土梁-板子结构抗连续倒塌机理研究

为研究后浇整体式预制混凝土(PC)结构的抗连续倒塌性能,设计并制作了两个2跨1/3缩尺后浇整体式PC梁-板子结构模型.试验中采用堆加均布荷载与Pushdown结合的加载方式研究其在边柱失效下的抗力曲线与破坏模式.试验结果表明:后浇整体式PC结构中预制板的整体性较好,开裂主要集中在预制板与梁交界处;在加载过程中PC子结构...     

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。     

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。     

Experimental investigation of asymmetrical reinforced concrete spatial frame substructures against progressive collapse under different column removal scenarios

The progressive collapse resistance design approach is generally applied in the context of a “column‐removal” scenario to assess the structural vulnerability to progressive collapse. To obtain a better understanding of the complex progressive collapse resistance of 3D asymmetrical column‐beam‐slab systems, five one‐third scale 2 × 2 bay asymmetrical reinforced concrete (RC) spatial frame substructure specimens were tested to analyze their collapse mechanisms under five different column removal scenarios, namely, an interior column removal scenario (INT), an exterior column removal scenario in the asymmetrical direction (EXT‐X), an exterior column removal scenario in the symmetrical direction (EXT‐Y), a corner column removal scenario at the long bay (COR‐L), and a corner column removal scenario at the short bay (COR‐S), which are among the most critical scenarios for analyzing structural resistance against progressive collapse. The test results showed that INT had the highest progressive collapse resistance capacity among the scenario substructures and exhibited two progressive collapse‐resisting mechanism stages: a primary mechanism stage (beam and compressive membrane mechanism) under small deformations and a secondary mechanism stage (catenary and tensile membrane mechanism) under large deformations in both the X‐direction and the Y‐direction. In EXT‐X and EXT‐Y, the collapse resistance was mainly provided by the double‐span beam at both the primary mechanism stage and the secondary mechanism stage. In COR‐L and COR‐S, the tensile membrane mechanism could not be mobilized, as the single‐span beams in both the X‐direction and the Y‐direction behaved like cantilevers. Additionally, the asymmetrical span design reduced the resistance of the structure against progressive collapse.     

预制高强混凝土结构后浇整体式梁柱组合件抗震性能试验研究

采用足尺模型对比试验方法,对高强混凝土后浇整体式梁柱组合件和高强钢纤维混凝土后浇整体式梁柱组合件在低周反复荷载作用下的开裂破坏形态、滞回特性、骨架曲线、延性性能、强度与刚度退化特性、耗能能力、节点核心区域的剪切变形、梁端塑性铰与柱端的转动变形等进行了系统研究。结果表明:预制高强混凝土结构后浇整体式梁柱组合件与现浇高强混凝土结构梁柱组合件具有相同的抗震能力,采用高强钢纤维混凝土浇筑预制混凝土结构后浇节点,可以减小节点区域箍筋用量,改善节点承载性能。本文还给出了钢纤维混凝土节点开裂强度的简化计算公式,计算结果与试验结果吻合良好。