边柱拆除时预压装配式PC框架抗连续倒塌性能试验研究

为研究预压装配式预应力混凝土(prestressed concrete,PC)框架的抗连续倒塌能力,文章设计1榀2层2跨预压装配式PC平面框架进行底层边柱柱拆除试验,对其裂缝发展、变形能力、破坏模式进行探究.研究表明,预压装配式PC框架在边柱失效的情况下具有较好的抗连续倒塌能力.在试验加载过程中,框架的混凝土裂缝开展与...     

钢筋混凝土框架工程抗连续倒塌的问题

介绍了国内外钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌问题的设计方法和发展现状,运用拆除构件法对实际工程进行了连续倒塌分析。通过对底层角柱C4、底层短边中柱C2、底层长边中柱C13和底层内柱C14运用拆除构件法的分析,得出五点分析结论。在此基础上参考国内文献,提出四个值得探究的问题,即设计方法的选择、荷载和材料强度的取值以及拉结强度设计法的探讨和应用补充,并进行了静力弹性法中强度判断准则的讨论。最后给出六点设计建议,可为类似工程的抗倒塌设计提供参考。     

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.     

预压装配式预应力混凝土框架的有限元分析

运用通用有限元软件ANSYS10.0对一榀单层两跨装配式预应力混凝土框架进行实体模型的有限元计算,分析其在试验施加的荷载下的整体受力状态、应力分布以及变形特征,比较有限元分析结果和试验实测数据的异同点,在此基础上对结构的安全性进行评估.     

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.     

空间预压装配式结构防连续倒塌性能影响因素研究

文章对已有相关试验进行仿真对比,验证仿真的可行性,然后设置多种工况对结构防连续倒塌的影响因素进行对比分析。结果表明：提高混凝土强度与普通钢筋强度可以延缓结构变形,提高梁机制的最大承载力,但是对于悬链线机制与整体结构的防连续倒塌能力贡献较小;提高预应力筋配筋率可以在梁机制与悬链线机制阶段显著提高结构的防连续倒塌能力,而预应力筋张拉控制应力对结构防连续倒塌贡献较小;楼板对结构防连续倒塌有较大的贡献,梁柱节点刚度对结构防连续倒塌无明显贡献,柱失效位置对结构防连续倒塌有重大的影响。     

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层预压装配式预应力混凝土框架的静力弹塑性分析

为了进一步了解预压装配式框架的地震反应特征,在1榀单跨3层预压装配式混凝土框架在低周反复荷载作用下的试验基础上,文章采用SAP2000程序对其进行静力弹塑性分析,了解预压装配式混凝土框架的受力性能、变形能力和框架的破坏机制。试验研究表明:在水平和竖向荷载共同作用下,框架梁端负弯矩叠加区首先出现塑性铰,加载后期梁端塑性铰发生充分转动;框架层间极限位移角为1/42~1/67时,承载能力没有出现明显下降。理论分析表明:预压装配式预应力混凝土框架在基本烈度地震作用下,仍能保持弹性状态;罕遇地震下框架最大层间位移角出现在1层,为1/43,与试验值较为接近,小于规范规定的限值1/50。预压装配式混凝土框架具有较好的抗震性能。     

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.     

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.     

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.     

基础隔震山地掉层框架结构抗连续倒塌性能研究

山地隔震结构本身具有特殊性,因此其破坏模式、受力性能与普通平地隔震结构体系有很大的不同.为了研究基础隔震山地掉层结构的抗连续倒塌性能,首先对一榀4跨3层平面框架拟静力试验进行数值模拟并验证了LSDYNA纤维单元模型的可靠性,根据中国规范设计了6个基础隔震掉层体系框架和1个普通平地隔震结构,基于拆除构件法对剩余结构进行抗倒塌性能研究,得到其荷载系数与失效点竖向位移曲线.研究结果表明,拆除下接地角柱(支座)、上接地角柱时,平地隔震结构的抗倒塌能力大于掉层隔震结构;拆除上接地支座时,平地隔震结构的抗倒塌能力弱于掉层隔震结构;隔震山地掉层框架结构邻近坎下边支座(底层柱)失效跨的抗力机制要滞后于上接地跨的抗力机制,可为基础隔震山地掉层框架结构的抗连续性倒塌设计提供参考.     

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...     

二层二跨预压装配式混凝土框架节点的抗震性能研究

文章通过一榀二层二跨预压装配式混凝土框架在低周反复荷载下的加载试验,得到了节点核心区位移-剪切角滞回曲线,了解了框架节点应力分布和剪切变形,探讨了节点剪力传递机理,分析了节点核心区的抗裂性能,推导出预压装配式框架节点的抗裂验算公式。研究表明,预压装配式框架节点核心区处于双向受压状态,具有良好的抗裂性能和抗震能力。     

低周反复荷载下预压装配式预应力混凝土框架抗震性能试验研究

文章通过对一榀预压装配式预应力混凝土框架在低周反复荷载作用下的试验,深入研究了预压装配式预应力混凝土框架的裂缝分布、破坏形态、滞回曲线及位移延性等抗震性能。研究结果表明,预压装配式预应力混凝土框架具有良好的抗震性能。     

混凝土结构连续倒塌拆除构件分析方法的认识

拆除构件法是目前在抵抗结构连续倒塌设计中应用最为广泛的分析方法。本文对拆除构件法的内容进行了系统的梳理，具体阐述了线性静力法、非线性静力法、非线性动力法的分析流程以及倒塌判定。     

爆炸移除钢筋混凝土框架柱抗倒塌性能数值模拟

基于已有的爆炸移除钢筋混凝土框架柱的实验数据,利用有限元软件AUTODYN建立了一个分离式与整体式相结合的4层2跨钢筋混凝土框架结构的三维有限元模型,并采用三阶段分析法,对爆炸移除钢筋混凝土柱的结构动力响应和破坏形态进行了数值模拟,且考虑炸药、空气与结构的流固耦合作用和应变率对材料的动态本构特性的影响.在爆炸移除短边中柱与角柱两种工况下,计算得到的柱破坏形态和梁柱节点动态位移与实验结果吻合较好,还分析了柱内纵筋对RC框架结构的动态响应的影响以及柱的破坏失效过程.计算结果表明:对发生塑性和弹性变形区域分别采用分离式和整体式建模,不仅保证了钢筋混凝土框架柱的爆破作用过程数值模拟的真实性和适用性,又大量缩短了计算时间,可为今后爆炸荷载作用下RC框架的参数影响分析和连续倒塌破坏模式控制提供参考.     

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.     

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。     

预压装配式预应力混凝土框架梁端延性特征及耗能能力

文章通过一榀一跨三层预压装配式预应力混凝土框架在低周反复荷载作用下的试验研究,探讨了预压装配式预应力混凝土框架梁端的受力性能、滞回曲线、延性特征及耗能能力等抗震性能。试验研究表明,框架梁端组合截面发生弯曲破坏时,梁截面中和轴位置稳定,截面变形符合平截面假定;梁端截面仅依靠预应力筋承受弯矩,截面延性系数在3.64~5.62之间,具有较好的转动能力和延性;在跨中竖向荷载持续作用下,梁端负弯矩产生的曲率恢复滞后,残余变形产生积累效应。