钢筋混凝土框架梁柱子结构抗连续倒塌动力分析

为了研究钢筋混凝土(RC)框架梁柱子结构的动力抗连续倒塌性能。通过有限元软件建立的精细化模型对两榀中柱移除的RC框架梁柱子结构静力试验进行了数值模拟。从数值模拟获取的荷载-位移曲线及破坏模态与静力试验结果对比基本吻合,能够较好地预测RC框架梁柱子结构在中柱失效后破坏的全过程。通过采用瞬间去柱的加载方式,在验证完成的RC框架梁柱子结构精细化模型基础上进行动力响应分析,并基于能量法进一步研究了结构的动力性能。研究表明:在荷载达到第一峰值荷载之前,在相同位移下采用有限元分析得出的动力抗力要高于能量法分析所得结果,但更接近实际情况。     

梁顶部钢筋布置对结构抗连续倒塌性能影响的试验研究

为探究梁跨中位置顶部钢筋布置方式对RC框架结构抗连续倒塌性能影响,设计并制作了两榀一层四跨的梁柱子结构失效柱模型,梁顶部钢筋分别按截断与通长两种方式布置,采用电液伺服作动器在失效柱上方施加持续增大的竖向荷载,对子结构进行拟静力抗连续倒塌试验。依据失效柱竖向位移荷载曲线及关键梁截面钢筋应变发展变化,得到梁跨中顶部钢筋布置方式影响结构抗连续倒塌性能规律。结果表明,结构依靠梁机制和悬链线机制作用来提供结构抗力,布置方式对前期的梁机制几乎不产生影响,对后期悬链线机制作用阶段影响较明显,通长布置的结构悬链线机制峰值抗力更大,且进入悬链线受拉阶段更加提前。     

考虑黏结滑移RC框架结构抗倒塌性能分析

钢筋混凝土框架梁在倒塌过程中会经历大变形受力阶段,为研究钢筋黏结滑移效应对其抗倒塌性能的影响,特别是悬索阶段的受力特性,基于OpenSees非线性有限元分析平台以及一组钢筋黏结滑移模型参数,采用梁柱节点单元对约束梁子结构试验进行了数值验证,计算结果有效反映了结构的弹性与塑性变形、压拱效应以及悬索阶段的受力特性,且与试验结果吻合良好.基于计算结果,对一榀单层和一榀三层平面框架结构的试验结果进行了数值模拟,并分析了层数和跨数对平面框架结构抗倒塌性能的影响以及倒塌受力机理.     

不同板中配筋形式下板柱结构的连续倒塌性能

在爆炸、冲击等偶然荷载作用下,钢筋混凝土(RC)板柱结构中承重柱失效可能导致结构发生局部或整体连续倒塌破坏.为了研究板中配筋形式对RC板柱结构抗连续倒塌性能的影响,制作了2个1/3比例的板柱子结构模型,通过单调静力加载试验研究了角柱缺失条件下结构的连续倒塌性能.试验研究表明:在混凝土板内配置连续上层钢筋可以有效减小板上裂缝的宽度;与板中采用非连续上层配筋的试件相比,采用连续配筋试件的屈服荷载、第一个峰值荷载和极限承载力分别提高了38.4%、31.8%和7.5%,在动力荷载作用下试件的抗倒塌能力也得到了明显提高;板中拉膜效应对于塑性铰线机制失效后结构的抗倒塌承载力贡献显著.     

梁上部钢筋跨中布置方式对结构连续倒塌影响分析

为研究梁上部钢筋跨中布置方式对钢筋混凝土框架结构连续倒塌机制的影响,设计了2个一层四跨梁柱子结构模型,梁上部钢筋分别按跨中截断与通长进行布置,并对结构连续倒塌过程进行有限元分析。通过比较竖向荷载、梁内部轴力、梁关键截面钢筋应力随结构竖向变形所产生的变化,得到梁上部钢筋跨中布置方式对结构连续倒塌机制的影响规律。结果表明,布置方式对梁机制作用前期抗倒塌能力影响较小,对后期压拱效应及悬链线机制影响较大,通长布置结构提前进入悬链线作用阶段;按经典塑性理论计算的塑性峰值荷载较实际的偏小;通长布置结构的最终承载力比截断布置的提高了18.2%,通长布置可增强结构抗连续倒塌性能。     

全装配式延性节点混凝土框架子结构 抗连续倒塌试验研究

为研究全装配式干节点连接的钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌性能,采用1/2缩尺比例设计了两榀全装配式(PC)试件进行静载试验研究.其中装配式结构在梁柱节点处采用高强螺栓-延性杆-锚固板的连接方式,其中PC1试件未设置牛腿,PC2试件采用暗牛腿,另外结合一榀本团队开展的现浇框架结构RC试件进行对比研究.对两个试件分别进行了中柱移除状态下的竖向加载拟静力试验,并对加载过程中测试所获得的结构极限承载力、应变响应、变形性能及失效破坏模式依次进行了分析.试验结果表明,与RC试件中既存在压拱效应又存在悬链线效应相比,两个PC试件中只存在压拱效应阶段,表明该类型全装配式结构的抗倒塌能力相对不足.同时PC1和PC2试件的极限承载力分别为RC试件在压拱效应阶段峰值荷载的95%和123%,相应的极限位移仅为RC试件的48%和61%.试验过程中,PC试件的受力及变形区域则主要集中在节点连接处,其材料利用率相对有限,PC试件则因节点区域内延性杆与锚固板连接处发生断裂而失效.     

翼缘削弱型钢框架梁柱子结构抗倒塌性能数值模拟

为了研究翼缘削弱型钢框架的抗倒塌性能,采用ANSYS/LSDYNA有限元软件对已完成的钢框架梁柱子结构pushdown试验进行有限元(FE)模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比验证其准确性。在此基础上,通过改变选取钢框架子结构的去柱位置进行拓展参数研究,分析了五种去柱工况钢框架梁柱子结构倒塌过程中的破坏模态与抗力曲线。有限元分析表明角柱失效工况承载能力是这五种工况中最低的,在相同结构形式,倒数第二边柱与倒数第二内柱发生倒塌的可能性较高。     

RC空间框架结构竖向倒塌分析模型及验证

为研究钢筋混凝土(RC)空间有板框架结构竖向倒塌机制,探索该类结构竖向倒塌的数值模拟方法,在已完成的一个1∶3缩尺RC空间有板框架结构试件拟静力加载试验的基础上,建立该框架的有限元精细化模型,采用ABAQUS有限元软件完成了结构竖向倒塌全过程模拟。混凝土的本构关系采用ABAQUS提供的损伤塑性模型,钢筋材料采用弹塑性模型并引入延性损伤断裂准则,考虑钢材的损伤演化规律;材料参数根据材性试验数据确定,考虑单元之间的约束条件;按照试验加载方式进行模拟,通过能量时间历程保证求解结果的稳定性;采用显式算法进行求解,通过定义合理时间步长、定义光滑幅值曲线加载、采用瑞雷阻尼降低计算结果振荡、采用质量放大命令来加速计算等措施达到模拟计算静力问题的目标;并将模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:ABAQUS混凝土损伤塑性模型和钢筋延性损伤断裂准则的引入能够较好地模拟结构竖向倒塌试验全过程;在措施合理的前提下,显式求解算法用于求解静力问题具有较高的计算效率和精度;模拟结果与试验结果的框架荷载-位移曲线、破坏特征、钢筋应力等吻合良好。建立的倒塌分析模型可为研究RC框架结构竖向倒塌破坏机理和倒塌模拟提供参考。     

钢框架结构抗连续性倒塌性能试验研究

为了研究钢框架结构在中柱失效工况下的抗连续性倒塌性能,进行缩尺比为1∶3的单层三维钢框架结构准静态连续性倒塌试验.采用备用荷载路径法,对中柱施加竖向集中荷载直至结构体系发生钢材断裂等严重破坏,以模拟结构的倒塌过程.观测结构失效模式以及分析中柱竖向位移与所施加集中荷载的关系,研究结构体系的抗连续性倒塌性能.利用试验数据探讨2种抗连续性倒塌力学机制,即弯曲效应和悬链线效应对钢框架结构鲁棒性的贡献.试验结果表明,结构体系表现出良好的延性和较高的承载力,在中柱突然失效的情况下并没有发生连续性倒塌的风险.在加载初期,弯曲效应是结构抵抗连续性倒塌的主要力学机制;尽管随着中柱竖向位移的增大,悬链线效应对结构竖向抗力的贡献逐渐增大,并在加载后期超越弯曲效应,成为主要的抗连续性倒塌力学机制,但是弯曲效应对结构的抗倒塌能力的贡献始终显著.此外,梁柱节点形式对弯曲效应和悬链线效应的发展具有决定性作用.     

基于OpenSees的钢筋混凝土平面框架抗连续倒塌能力分析

采用Pushdown方法对移除柱后的钢筋混凝土平面框架进行抗连续倒塌能力分析.探究楼层层数对结构抗连续倒塌承载力的影响以及移柱后结构的空腹桁架效应,同时提出一种计算移柱后钢筋混凝土框架结构体系可靠度的方法.通过对约束梁、单层平面框架和多层平面框架的拟静力试验进行模拟,验证基于OpenSees建立的有限元模型的正确性.分别对2层、4层、6层及8层的4跨钢筋混凝土平面框架进行分析,得到其Pushdown曲线及框架梁轴力曲线,通过Pushdown曲线计算承载力放大系数,利用框架梁钢筋应变的相对大小设定框架梁层间相关性.结果表明:随着楼层的增加,单层平均承载力降低,结构体系连续倒塌概率增大.     

RC框架结构抗连续倒塌研究

为研究钢筋混凝土结构在中柱失效工况下的抗连续倒塌性能,对移除中柱后的钢筋混凝土双跨梁结构进行pushdown加载,并对试件的破坏模式及承载能力进行观测。试验结果表明:中柱失效的钢筋混凝土双跨梁结构的压拱效应和悬链线效应可以抵抗连续倒塌的发生。采用有限元软件DIANA建模对试验结果进行了数值模拟分析,证明了数值模型的合理性。基于可靠的有限元模拟进行拓展参数分析,结果表明混凝土强度增加及跨高比减小有利于提高压拱效应的影响,配筋率的增大则降低压拱效应的影响。采用现有经典公式对第一峰值荷载进行分析,理论分析结果表明:Park模型的计算结果与有限元模拟结果较为接近,进一步证明了有限元模拟的可靠性。     

单层体外预应力钢筋混凝土框架抗倒塌试验研究

通过两榀单层双跨体外预应力钢筋混凝土框架结构试验研究,分析中柱失效后结构体系的抗倒塌性能。对试验模型框架受力过程进行分析,建立基于结构变形的体外预应力筋应力变化分析方法,推导出体外预应力钢筋混凝土框架倒塌破坏的极限荷载简化计算公式。研究结果表明:中柱失效后,体外预应力钢筋混凝土框架的连续倒塌过程分为4个阶段即弹性阶段、弹塑性阶段、受压混凝土破坏阶段和悬链线作用阶段,结构主要通过压拱机制和悬链线机制进行内力重分配;悬链线机制提供的抗力由侧向约束的刚度和强度决定,当柱对梁提供的水平约束不足时,框架的倒塌抗力随竖向位移的增大而不断下降;体外预应力筋可提高框架的开裂荷载、压拱作用阶段的峰值荷载以及悬链线作用阶段的极限荷载;采用所提出的公式所得计算结果与试验结果较吻合,可用来预估体外预应力钢筋混凝土框架考虑悬链线作用的极限承载力。     

钢筋混凝土梁柱子结构抗倒塌承载能力研究

国外现有抗倒塌设计规范通过限制悬索体系的最大变形来防止连续倒塌的发生,往往导致不安全。就钢筋混凝土梁柱子结构倒塌变形过程进行分析,总结了悬链线破坏模式。通过对子结构抗倒塌承载能力的研究,提出了以钢筋达到极限强度为子结构倒塌极限状态,进而提出了基于悬链线抗拉承载能力的子结构抗倒塌设计方法,并对钢筋的抗倒塌设计强度进行了初步的讨论。     

爆炸与火荷载联合作用下RC梁耐火极限的数值分析

偶然性爆炸荷载通常会引起建筑结构或构件的破坏和损伤.为了揭示这种损伤对钢筋混凝土(RC)梁抗火灾高温能力的影响机理和规律,本文以分层Timoshenko梁非线性动力有限元方法为基础,在已有的钢筋和混凝土应变速率型弹黏塑性材料本构模型基础上,进一步考虑了温度效应,建立了能够分析爆炸荷载作用后RC梁抗火特性的有限元分析方法,编制了有限元计算程序.采用该程序系统地分析了爆炸荷载对普通RC梁在标准火灾升温过程中耐火极限的影响规律.分析结果表明,爆炸荷载损伤会明显降低RC梁的耐火能力,且梁长度越长,影响越显著.     

考虑拱索效应影响的框架梁抗弯承载力

通过静载试验研究了“索和拱效应”影响的框架梁承载力,重要研究配筋率等因素对其承载力的影响规律.结果表明,拱效应普遍存在于钢筋混凝土框架梁中,并且显著提高梁的跨中极限承载力,为框结构的抗倒塌提供了理论和实验的证明.     

钢管混凝土柱-钢梁平面框架抗连续倒塌机理分析

采用有限元软件ABAQUS对中柱失效工况下的钢管混凝土平面框架进行抗连续性倒塌性能的分析.通过分析各框架抗连续性倒塌全过程工作机理,计算竖向荷载-位移曲线,观察典型节点破坏形态,以此来研究不同组合梁形式及不同轴压比对钢管混凝土平面框架抗连续性倒塌性能的影响.研究表明,钢管混凝土平面框架的倒塌过程都会经历从梁机制到悬链线机制的转变.合理的轴压比限值对钢管混凝土平面框架的抗连续性倒塌性能有积极作用,尤其是在梁机制阶段较为明显.翼板的存在可以显著提高钢管混凝土平面框架的初始刚度,并且板内钢筋在悬链线阶段发挥了重要作用.     

一般大气环境下锈蚀RC框架梁恢复力模型

对5榀一般大气环境下锈蚀RC框架梁进行拟静力试验,分析锈蚀程度对RC框架梁滞回性能的影响.基于试验结果,结合完好RC框架梁骨架曲线特征点参数,得到锈蚀RC框架梁骨架曲线模型.引入基于能量耗散的循环退化指数βi,提出综合考虑锈蚀RC框架梁构件基本强度退化、软化段强度退化、卸载刚度退化和再加载刚度退化的滞回规则,进而建立适用于一般大气环境下锈蚀RC框架梁的恢复力模型.将建立的恢复力模型与试验滞回曲线进行对比,吻合情况良好,表明所建立的恢复力模型具有较高的精度,能较好地揭示一般大气环境下锈蚀RC框架梁的滞回特性.研究成果可为锈蚀RC结构弹塑性分析提供理论依据.     

基于精细化有限元模型的混凝土框架结构动力倒塌承载力

为评估混凝土框架结构在柱子突然失效时在动力荷载作用下的承载能力，以研究团队开展的现浇（RC）和全装配式（PC1明牛腿插销节点）混凝土框架子结构中柱移除多级重复倒塌动力试验为基础，通过初级垮塌荷载工况下位移响应曲线的拟合，校核了论文中用ABAQUS软件建立的框架子结构精细有限元分析模型的准确性，并利用拆除构件法对框架结构的抗连续倒塌性能进行了损伤量化评估. 由于研究团队试验是多次重复垮塌试验，无法获取RC和PC1（明牛腿插销节点）试件一次倒塌所承受的荷载，对于全装配式（PC2暗牛腿插销节点）未进行动载试验，根据准确校验模型利用试算法分别预测了RC、PC1和PC2框架结构的最终破坏荷载，并对三者的破坏模式和损伤情况进行了对比分析. 破坏时，RC梁柱损伤严重，梁端钢筋拉断，装配式梁端连接区混凝土被压溃，插销杆被剪断，且现浇试件的抗倒塌能力明显高于全装配试件，此外还发现，通过加强装配式结构的角钢能提高其抗倒塌承载能力.     

钢框架栓焊连接梁柱子结构抗倒塌性能分析

对钢框架中栓焊连接节点的两跨三柱型梁柱子结构进行单调静力加载试验,分析了在连续倒塌条件下试件的破坏模式和抗连续倒塌机理.试验结果表明:试件破坏表现出多次、间断性破坏特征,先是失效柱梁柱节点处梁端受拉翼缘发生断裂,进而梁端受拉翼缘与边柱连接附近处发生断裂;试件因两跨梁协同工作在后期阶段可提供高于前期受弯阶段的承载力,表现出较为富余的后期强度储备.同时对影响钢框架梁柱子结构抗连续倒塌性能的边界条件(边柱刚度和周边构件约束)进行数值分析,若边柱足够梁端约束,则周边构件对结构抗倒塌承载力的提高影响较小.     

玻璃纤维加固梁柱结构抗连续倒塌性能数值分析

根据已有试验结果,采用有限元程序软件MSC.Marc,对不同钢筋构造形式和采用玻璃纤维增强材料(GFRP)加固的钢筋混凝土梁柱结构进行了数值分析,研究了其抗连续倒塌性能.分析结果与试验结果吻合较好,表明此分析方法对于加固混凝土梁柱结构抗连续倒塌问题的研究是实用有效的.同时,通过该研究结果,证明了采用GFRP加固可以提高框架结构的抗连续倒塌性能.