预应力混凝土框架抗连续倒塌压拱承载力研究

为了研究预应力混凝土框架抗连续倒塌的压拱机制承载力,首先建立了有黏结预应力框架非线性有限元分析模型,并采用试验数据对分析模型进行了验证,在此基础上研究了有黏结预应力框架与普通钢筋混凝土框架在连续倒塌过程中压拱受力机制的区别,并分析了预应力框架压拱机制承载力的影响因素.研究表明:预应力的施加会增加压拱效应,减弱边柱的破坏,但会加剧中柱的破坏.非预应力筋配筋率、梁高和跨度对压拱机制承载力F_(a.u)影响较大,顶部非预应力筋配筋率从0.66%增加到1.32%时,F_(a.u)增加了19.6%,底部非预应力筋配筋率从0.66%增加到1.32%时,F_(a.u)增加了31.5%;梁高从700 mm增加到900 mm时,F_(a.u)增大了220.7%,跨度从9 m增加到15 m时,F_(a.u)减小了64.0%.柱截面尺寸较小时,增大柱截面尺寸对F_(a.u)的影响较大;但柱截面尺寸较大时,增大柱截面尺寸对F_(a.u)的影响较小.预应力筋配筋率和初始张拉控制应力对F_(a.u)的影响较小.     

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.     

基于组合楼板影响的空间钢框架连续倒塌分析

建筑结构在意外事件情况下的连续倒塌问题,已成为国内外土木工程学科的研究热点。钢与混凝土组合楼板作为目前钢结构常用的楼板形式,对结构的抗连续倒塌能力影响较大。采用拆除构件法对不带楼板、带钢筋混凝土楼板和带组合楼板的9层空间钢框架进行了连续倒塌仿真计算,分析比较了不同框架的自振周期、破坏模式、相邻构件内力变化与失效机制等,研究了组合楼板对结构抗连续倒塌能力的影响。研究表明,考虑组合楼板后空间钢框架结构的抗连续倒塌能力得到显著提高,且提高程度大于钢筋混凝土楼板。     

3层RC框架的抗连续倒塌设计

结构的连续倒塌已成为严重威胁公共安全的重要问题.国外自1968年英国Ronan Point公寓倒塌事件发生以来,已经对连续倒塌问题进行了30余年的研究,并编制了相关设计规范,而我国规范目前尚未规定详细抗连续倒塌设计方法.参考美国国防部编制的《结构抗连续倒塌设计》(DoD 2005)提供的设计流程,对按照我国现行混凝土结构设计规范设计的3层钢筋混凝土框架进行了连续倒塌仿真,分析了其抗连续倒塌能力.并应用拉结强度法和拆除构件法,对该框架进行了抗连续倒塌设计,建立了将国外规范中的抗连续倒塌设计方法应用于我国框架结构的设计实例,指出了其中存在的一些问题.     

无梁楼板的抗倒塌性能试验研究及分析

偶然荷载作用下,预测结构可能发生的破坏并提供新的荷载传递路径,是结构抗倒塌设计的重要内容.对一4层钢筋混凝土框架结构模型的第1层板,采用静载试验来模拟无梁楼板结构下层支撑构件的失效.通过机械千斤顶对板分级施加荷载来模拟上部结构荷载,随着千斤顶施加荷载的不断增加,楼板受拉面出现放射状裂缝,板的压力薄膜作用使得其承载能力比屈服线理论计算值提高40%左右.楼板中间突然出现倒圆锥形破坏区域后,结构原有的荷载传递机制发生了转换,钢筋形成的索网能承担上部荷载约为屈服线理论计算值的65%.基于试验结果对试验模型破坏机理进行了分析和计算,并提出依靠薄膜作用实现无梁楼板结构抵抗倒塌的途径.     

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.     

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.     

预压装配式预应力混凝土框架抗连续倒塌数值分析

文章通过对预压装配式预应力混凝土框架的拉结强度设计分析和拆除构件法设计模拟,研究了预压装配式框架在6种工况下拆除失效柱后,剩余结构的抗倒塌能力和抗连续倒塌机制.分析结果表明:预压装配式框架除顶层边柱外,其余剩余结构的稳定性较好,抗倒塌能力很强;由于预应力筋的存在,边柱破坏时,在小变形范围内,框架梁以梁机制提供抗连续倒塌...     

钢管混凝土组合框架抗连续倒塌鲁棒性初步分析

为研究钢管混凝土框架结构的竖向连续倒塌易损性,设计了一个8层4×4 跨钢管混凝土柱-钢梁空间框架,利用有限元软件ABAQUS,采用静力加载方法,对原结构及拆除各底层柱后的剩余结构进行模拟研究;在已有改进后的两种基于构件重要性的易损性分析方法的基础上,分别计算结构构件的重要性系数;并计算了双柱失效工况下结构的鲁棒性系数,分析了该类结构的竖向鲁棒性.结果表明:两种方法计算结果相近,构件重要性系数的变化趋势一致;外荷载的增加与结构鲁棒性呈负相关,角柱相对边柱和中柱较为重要;角柱与边柱同时失效时,结构发生倒塌的几率大大提升.实际中可采用备用荷载路径的方法对重要性系数较大的构件进行低易损性设计.     

爆炸下钢柱破坏时间及残余承载力对钢框架连续倒塌的影响

建立钢框架连续倒塌单自由度(SDOF)分析模型,研究钢柱破坏时间及其残余承载力对钢框架连续倒塌的影响规律,发现钢柱破坏时间越长、残余承载力越大,结构位移响应越小.以SDOF模型响应的理论解为基础,得出在钢框架倒塌计算中是否考虑钢柱破坏时间的界限标准:当钢柱破坏时间与连续倒塌的SDOF模型周期比τ0.2时,可忽略破坏时间的影响;当τ3.0时,可采用静力方法计算结构响应;当0.2τ3.0时,需考虑破坏时间对结构连续倒塌的影响.通过对钢柱等效SDOF模型的理论分析,当其抗力模型分别为理想弹塑性和刚塑性条件时,求得柱子破坏时间的近似计算方法,并以爆炸作用后柱子变形为初始状态,结合数值方法给出钢柱残余承载力计算过程.通过对钢柱的破坏时间和残余承载力对结构倒塌影响的算例分析,表明钢柱的破坏时间(越长)和残余承载力(越大)对结构抗倒塌起有利作用,在结构抗倒塌计算时不可忽略.     

考虑梁板共同作用的现浇混凝土楼盖分析

现浇混凝土梁板式楼盖体系中,梁与板形成整体,在竖向荷载作用下共同受力.然而传统的简化分析方法很少考虑梁板的共同作用机理.本文在对现浇混凝土梁板式楼盖有限元分析的典型单元类型,即3D梁单元、膜单元、板单元及壳单元作简要概述的基础上,应用三维结构有限元程序SAP2000对典型的现浇混凝土梁板式楼盖进行建模分析,通过与传统简...     

基于RC框架结构的失效倒塌模式

目前我国存在大量已建非延性钢筋混凝土(RC)框架结构,文章针对这类RC结构在遭受外力作用时的破坏模式进行研究分析。采用拟静力分析方法研究以五层RC框架结构为代表的多层RC结构的失效倒塌模式。研究结果表明基于已有的试验数据采用Open Sees有限元建模验证了针对RC框架结构数值模拟的正确性;表明了RC结构首先在结构底层柱下端塑性铰区出现损伤破坏,且同一楼层边柱塑性铰区较中柱损伤严重,逐渐向顶层塑性铰区发展最终使整体框架结构整体发生破坏直至失效倒塌。     

钢筋混凝土框架结构连续倒塌动力放大系数

研究了钢筋混凝土框架结构连续倒塌破坏设计中的动力放大系数的取值,系统性地研究了结构的最大塑性转角、高度、宽度、配筋率及跨度对动力放大系数的影响.结果表明:不同结构的动力放大系数变化趋势一样,最大值仅为113,远远小于美国GSA规范给定的20;动力放大系数随着最大塑性转角的增加而减小,随着截面配筋率的增加而增加;结构的角柱失效的动力效应大于内柱的失效;结构不同的高宽比、跨度、截面尺寸和荷载大小对动力放大系数影响不大.     

爆炸作用下高层钢筋混凝土框架结构的连续倒塌机理分析

为了探究爆炸作用下高层钢筋混凝土框架结构的连续倒塌机理,采用ANSYS/LS-DYNA软件,对外部爆炸荷载作用下结构的连续倒塌进行了模拟。建立了结构的多尺度模型并验证其有效性;分别分析了炸药位于角柱和边中柱正前方时框架结构的破坏及倒塌情况;对比了两种工况下建筑物的倒塌过程和倒塌程度。结果表明:多尺度建模方法可以有效模拟框架结构在爆炸作用下的动力响应过程;爆炸荷载作用下目标柱损伤严重,失去承载力,结构内力重分配使相邻结构损伤,最后发生连续倒塌;炸药位于不同位置时,结构的倒塌范围有显著的不同。     

楼板对钢筋混凝土框架结构连续倒塌的影响

为了研究楼板对结构的连续倒塌的影响,本文建立了一个五层框架结构模型,采用SAP2000（V14）对考虑楼板和不考虑楼板两种情况进行抗连续倒塌分析。文章分析了楼板对失效柱顶节点位移、节点加速度以及梁塑性铰的影响。结果表明：楼板对于框架结构抗连续倒塌有较大的贡献,失效柱上节点动力响应随失效柱位置的变化而变化。其中,长边中柱失效、角柱失效属于连续倒塌中较薄弱环节,尤其是角部柱顶层出现柱失效时。总体上,未考虑楼板模型的分析结果较为保守。因此,在今后重要建筑结构抗连续倒塌设计中,应考虑楼板对于结构的贡献,这样可以更加接近真实情况,并有助于提高结构经济性。除此之外,还应加强如长边中柱、角柱部位的构件强度。     

楼板对RC框架结构“强柱弱梁”屈服机制的影响

针对汶川地震中大量框架结构出现"强梁弱柱"的震害状况,文章对比了2001版和现行2010版《抗震规范》对实现"强柱弱梁"的相关规定,分析了楼板对结构实现"强梁弱柱"屈服机制的影响并指出了规范在该方面的不足.结合欧、美、新西兰等国规范,给出了我国框架结构为实现"强柱弱梁"屈服机制而在楼板设计和施工方面的建议、措施,并为我国今后在该方面的研究指出了方向.     

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.     

组合楼板抗弯承载力研究

为研究压型钢板-混凝土粘结成整体的组合楼板共同受力时,特定型号的压型钢板及配筋条件下混凝土组合楼板的抗弯承载能力,依据试验现象分析,确立了简化的破坏模式.对简化破坏模式进行了受力分析,并利用虚功原理推导出组合楼板的抗弯承载力设计表达式,给出了试验采用的压型钢板-混凝土组合楼板的抗弯承载力计算公式.研究表明:压型钢板-混凝土组合楼板的抗弯承载力和压型钢板、配筋相关,压型钢板-混凝土组合楼板的工程设计应考虑压型钢板、受力钢筋的贡献.