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.     

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.     

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.     

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。     

无粘结预应力板-柱结构抗连续倒塌模式研究

目的研究无粘结预应力混凝土板-柱结构的抗连续倒塌模式,为钢筋混凝土板柱结构防连续倒塌设计提供参考.方法采用有限元软件ABAQUS对一栋8层的无粘结预应力板-柱结构进行连续倒塌分析,探讨在柱失效工况和板-柱节点失效工况下板、柱以及板-柱节点的应力状况.结果两种失效工况下都以普通钢筋和预应力筋被拉断,板受拉薄膜力失效而宣告破坏;不同失效工况的板面破坏呈现模式存在差异,柱失效体现为屈服线破坏,节点失效体现为冲切裂缝破坏.结论在节点失效工况的初期,从增长速度上来说,无粘结预应力板柱结构普通钢筋和预应力筋应力增长速度较快,在连续倒塌前增长速度较慢;而柱失效工况则与之相反,在柱失效后的初始阶段,失效柱所在跨内其他节点处普通钢筋和预应力筋的应力增长速度较慢,随着连续倒塌极限状态的临近,增长速度逐渐加快.     

高延性聚酯纤维加固RC柱的抗震性能研究

为研究高延性聚酯纤维和增加柱脚配筋两种加固方法对RC柱的抗震性能的影响,进行了3组7根RC加固柱的水平低周反复荷载试验,分析试件的破坏特征、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及耗能。结果表明,采用高延性聚酯纤维加固的方法能够约束混凝土的横向变形,充分发挥钢筋的性能,对提高试件的延性和耗能效果显著。2层纤维带加固效果优于1层纤维带;但和增加配筋的加固方法一样,对提高试件的承载力效果一般。采用高延性聚酯纤维和增加配筋及其长度的综合加固方法,既能够有效地增加试件的承载力,而且显著地增大试件的延性和耗能,提高试件的抗震性能。     

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。     

新型钢管混凝土板柱结构中柱节点抗震性能试验研究

对5个新型钢管混凝土板柱结构中柱节点的模型试件进行了低周反复荷载作用下的试验研究,分析并评价了不同配筋方式对其破坏形态、滞回特征及延性等抗震性能的影响.试验结果表明：新型钢管混凝土板柱节点在低周反复荷载作用下具有良好的受力性能,其构造方式能够满足＂强柱弱板＂的抗震设计原则;在柱上板带配置抗冲切箍筋能有效提高节点的抗震性能;无论是否配有抗冲切箍筋,弯曲破坏时节点的塑性变形能力和抗震性能均优于发生冲切破坏的节点.     

混凝土倒T形叠合连续板的试验研究

按照实际用于工程的倒T形叠合连续板的设计和构造要求制作试件,采用普通粘土砖荷重块分级施加均布荷载的方法,进行了倒T形叠合连续板均布静荷载试验.研究了其二阶段浇注混凝土共同工作的可能性和可靠性、在各个特征荷载作用下的试件力学性能以及试件的开裂和破坏的形态与规律.试验结果表明:倒T形叠合连续板这种新的叠合板型式具有良好的整体工作性能,延性好,其正截面受弯承载力基本上可以按照整体浇注的连续板要求进行设计;此外,倒T形叠合连续板具有叠合面开裂的受剪破坏形态,在设计中应对叠合面受剪承载力进行计算,不足时应采取适当的构造措施.     

竖向不规则基础隔震结构抗连续倒塌机制研究

为了研究竖向不规则基础隔震结构抗连续倒塌性能,文章建立典型的收进式竖向不规则钢筋混凝土基础隔震结构有限元模型,以备用荷载路径法为基础,采用竖向静力非线性Pushdown方法进行了分析,通过对备用荷载路径内力变化分析,研究了剩余结构抗连续倒塌性能。研究表明:除了角柱和角支座外,其他底层框架柱和隔震支座失效后其备用荷载路径均会经历梁机制、机制转换及悬链线机制3个阶段;隔震层较小的侧向约束,导致隔震支座失效后其备用荷载路径的悬链线机制难以充分发挥抗倒塌作用;初始失效位置的不同也会导致剩余结构抗连续倒塌性能的差异,对于结构中位置较为特殊的构件应予以专门设计和分析。     

新型混凝土材料加固震损RC框架柱抗震性能试验研究

通过5根采用新型混凝土材料加固RC框架柱和1根未加固框架柱在定常轴力和水平往复荷载作用下的拟静力试验,研究了不同震损程度和不同加固方式对试件抗震性能的影响.试验结果表明:各加固试件的极限承载力相对于未加固试件均有不同程度的提高,其中三面加固柱极限承载力高于单面加固柱,而四面加固柱极限承载力最高;中等震损和严重震损试件经加固后的极限承载力比未损直接加固试件的极限承载力略低,但相差不大.采用新型混凝土材料加固受损试件,能够有效的提高受损构件的滞回性能、极限承载力和刚度等抗震性能.     

RC框架变梁变柱中节点抗裂性能试验

为了研究RC框架变梁变柱中节点的抗裂性能,进行了6个变梁变柱中节点试件在低周反复荷载作用下的拟静力试验,分析了节点核心区尺寸、轴压比等因素对异型中节点抗裂性能的影响.研究结果表明:异型节点初裂时斜裂缝主要出现在由小梁和上柱构成的小核心区,小核心区开裂荷载为极限荷载的50%~60%;抗裂性能较常规节点劣化,初裂阶段的剪力基本由小核心区混凝土承担,增大轴压比可以提高异型中节点的抗裂承载能力.提出的变梁变柱中节点抗裂承载力计算公式,可供结构工程设计时参考.     

装配式钢-混凝土组合框架动态倒塌性能研究

装配式钢-混凝土组合框架在工程中的应用日益增多,但是目前有关其抗倒塌性能的研究鲜见报道。为了研究装配式钢-混凝土组合框架的动态倒塌性能,文中首先设计了2个缩尺的装配式组合框架子结构试件,对其开展了动态抽柱试验,研究了此类框架结构在不同倒塌荷载工况下的动态倒塌行为,并评估预制混凝土板分段对框架动态倒塌行为的影响;然后,基于试验结果建立了装配式组合框架倒塌荷载等效动力增大系数DIF的计算模型。结果表明：在1倍倒塌荷载(30 kN)和2倍倒塌荷载(60 kN)的作用下,装配式钢-混凝土组合框架子结构的主要损伤为靠近边柱的框架梁端混凝土板的开裂;中柱失效后,剩余子结构仍具有较好的承载能力和整体刚度,在这两种工况下结构不会发生倒塌破坏;在相同倒塌荷载作用下,装配式组合梁框架受到的冲击效应大于现浇混凝土组合梁框架;混凝土板分段预制对组合框架子结构的基本动力特性影响不大,但会导致组合梁端钢梁应变和预制混凝土板中纵向钢筋应变的动力增大系数变大;2个试件失效柱位移动力增大系数介于1.38～1.65之间,在部分情况下应变的动力增大系数大于2.0;基于试验结果建立的装配式组合框架倒塌荷载等效动力增大系数DI...     

二层钢框架—组合楼板体系抗倒塌试验研究

框架梁设计时按组合梁考虑混凝土楼板刚度,设计2层钢框架—组合楼板结构体系,采用卷扬机对拟失效柱突然施加水平力将其从体系中"去除",进行抗倒塌试验研究剩余结构抗倒塌性能.试验结果表明:由于组合楼板的加强作用,试验框架具有较高的冗余度,组合楼板和框架梁共同作用,提供了较高的抗弯刚度,使得框架柱失效后形成新的荷载路径,各构件未发生继发性破坏.由此可见,采用组合楼板时,按现行规范进行设计的框架结构具有较高的冗余度,混凝土楼板在框架结构抗倒塌性能分析中的作用需要进一步评估.     

考虑楼板作用的RC框架压膜机制 抗倒塌承载力分析

为研究考虑楼板作用后钢筋混凝土框架结构的压膜机制抗连续倒塌性能,利用SAP2000建立了框架梁板子结构连续倒塌有限元分析模型,通过已有的12个抗连续倒塌试验验证了分析模型的准确性和合理性.在此基础上,通过定义考虑楼板作用后压膜机制抗连续倒塌承载力提高系数,研究了混凝土强度、楼板厚度及配筋率等参数对承载力提高系数的影响规律.结果表明:考虑楼板作用后,结构的抗倒塌承载力将显著提高,增大靠近边柱梁端的压拱效应,减小承载力再次上升时的位移.承载力提高系数随着混凝土强度等级、板的长宽比、梁底配筋率、梁高的增大而显著增加;承载力提高系数随着楼板厚度、板顶配筋率、板底配筋率、梁顶配筋率的增加而减小.     

基于拆除构件法的全装配式框架结构连续倒塌分析

为研究混凝土全装配式框架结构的抗连续倒塌性能,在2个全装配式试件(PC1、PC2)和1个现浇试件(RC)的中柱移除静力试验及动力试验的基础上,利用OpenSees有限元软件建立3个子结构宏模型,将校验结果与试验结果进行了对比,继而设计了2栋7层全装配式框架结构(PC1-Frame、PC2-Frame)和1栋现浇框架结构(RC-Frame),采用拆除构件法拆除框架底层的中柱和边柱,对剩余损伤结构的抗连续倒塌能力进行评估.结果表明,拆除边柱的倒塌危险性较拆除中柱大,PC1-Frame失效点位移时程曲线振幅比RC-Frame大;在拆除中柱后,PC1-Frame和PC2-Frame在压拱机制阶段的极限承载力分别较RC-Frame低30%和20.5%;在拆除边柱后,PC1-Frame和PC2-Frame在压拱机制的极限承载力分别较RC-Frame低26.9%和22.3%.最后校验了基于等能量原理的简化非线性动力分析方法的适用性,并得知结构的动力放大系数在构件进入塑性阶段后逐渐减小.     

爆炸荷载下高层钢筋混凝土结构连续倒塌机制与模式研究

高层建筑结构构件尺寸较大,爆炸荷载作用下应力波传播造成的材料破坏效应不能忽略,需要采用精细化模型来分析其非线性响应行为与连续倒塌过程,计算效率低,实用性差.本文将多尺度建模方法引入到爆炸荷载作用下高层建筑结构的连续倒塌分析中,依据爆炸荷载作用下高层建筑结构非线性破坏与连续倒塌的特点,提出了多尺度模型不同区域的确定方法,使用该方法对某高层建筑结构的连续倒塌机制和倒塌模式进行了研究.结果表明,相同TNT当量炸药的爆炸荷载作用下,比例距离较小时,高层钢筋混凝土结构可能发生单柱失效-双向联合倒塌模式;比例距离增大至某一区间时,结构则可能发生多柱失效-竖向倒塌模式.多柱失效-竖向倒塌模式影响范围广,对结构危害大,应通过采取防护措施避免该倒塌模式的发生.     

体外预应力钢—混凝土组合梁连续倒塌性能分析

为了研究体外预应力钢—混凝土组合梁在中柱失效情况下的连续倒塌性能,利用ANSYS软件对10根组合梁柱子结构试件进行了有限元建模,分析了转向块布置形式、混凝土板中配筋率、组合梁跨高比、栓钉间距、钢梁高度等参数对体外预应力组合梁连续倒塌性能的影响。研究结果表明,预应力有助于组合梁内悬链线效应的形成和发展;跨高比、钢梁高度等参数对组合梁的抗倒塌承载力影响显著;在采用静力方法分析体外预应力组合梁的连续倒塌性能时,倒塌荷载的动力增大系数(DIF)可在1.24~1.32取值。     

基于承载力预压装配式框架结构的鲁棒性

结构鲁棒性是指建筑结构承受局部损伤和防止结构发生连续倒塌的能力。为揭示预压装配式框架结构鲁棒性优劣,利用SAP2000软件考虑节点半刚性建立预压装配式框架结构（Prestressed Concrete Structure, PC结构）及现浇结构（Reinforce Concrete Structure, RC结构）模型,基于抽柱法模拟四种工况：角柱、长边中柱、短边中柱和框架中柱失效,采用非线性静力分析方法,从承载力变化情况及抗倒塌机制等方面对比不同失效位置工况下PC结构和RC结构抗竖向连续倒塌的性能,以此研究PC结构的鲁棒性。结果表明：PC结构和RC结构倒塌模式相似：角柱、长边中柱均为梁机制,而短边中柱、框架中柱均为悬链线机制;PC结构各工况倒塌时的竖向位移均大于RC结构,延性更好;受其节点连接刚度的影响,PC结构鲁棒性系数（3.197）略小于RC结构（3.257）,因此通过增强PC结构节点连接的刚度,可改善结构构件的鲁棒性。     

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.