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.     

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。     

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...     

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...     

现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙平面外偏心受压试验研究

为研究现浇磷石膏-混凝土网格式框架组合墙的平面外偏心受压性能,按1/3缩尺比例制作4组试件进行偏心距为40 mm的竖向加载试验,每组试件均含2榀组合墙和1榀网格式框架。结果表明:试件的楼层梁先于层间梁开裂,中柱先于边柱被压溃,试件破坏时,组合墙上可见明显的现浇磷石膏崩塌现象;组合墙开洞对结构承载力有明显影响,未开洞组合墙的承载力约为网格式框架承载力的1.5倍,而开洞组合墙的承载力与网格式框架的承载力相当;现浇磷石膏可以有效分担结构的竖向偏心荷载,在同级偏心竖向荷载作用下,组合墙中混凝土构件的压应力明显低于纯网格式框架构件的压应力;弹性有限元分析的应力结果与试件开裂前的应力测试结果误差较小,明显表明现浇磷石膏的强度贡献作用。     

基于性能的新型装配式钢节点混凝土框架结构抗震设计

目的 基于一种新型预制装配式钢筋混凝土梁柱节点试验,将现浇钢筋混凝土框架结构(RCF)与新型装配式钢节点混凝土框架结构(PCF)进行抗震性能对比分析,验证PCF结构的安全可靠,从而进行推广应用。方法 运用有限元分析软件Perform-3D进行纤维截面建模,自定义组合截面;对RCF结构以及PCF结构进行基于性能的抗震性能分析。结果 该新型装配式钢节点混凝土框架结构的极限承载力和最大位移均大于普通现浇钢筋混凝土框架结构,延性较好,能够承担较大剪力,且整体耗能能力更强,抗倒塌性能良好。结论 此类新型装配式钢节点满足规范要求,而且能够提高结构的抗震性能。     

装配式混凝土框架顶层端节点抗震性能试验

进行了5个配置500 MPa级纵筋框架顶层端节点试件的低周反复加载试验,研究了采用两种新型构造的装配整体式混凝土框架顶层端节点的破坏形态、滞回曲线、骨架曲线和位移延性等抗震性能及承载力,并提出了柱端无上伸节点的斜截面受弯承载力计算方法.结果表明:装配式试件均发生了梁端受弯破坏,且集中在梁端结合面较小范围内,但梁水平叠合面未见开裂;装配式试件的滞回曲线相对现浇试件更为饱满,其位移延性和耗能能力均优于现浇试件;装配式试件的位移延性系数为2.54～3.66,极限位移角为1/29～1/26,且柱端无上伸试件的延性略优于柱端上伸试件;装配式试件的极限承载力比现浇试件平均约低10%,但其极限承载力计算值与试验值之比平均为0.62～0.71,仍具有较高的安全储备.     

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。     

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.     

火灾下钢框架抗连续倒塌动力响应分析

为研究钢框架结构在火灾作用下的抗连续倒塌动力响应。通过ABAQUS有限元软件分别对二层四跨平面钢框架瞬间去柱动力试验以及平面钢框架火灾试验进行数值模拟。将数值模拟获取的竖向位移-时程曲线和破坏模态与试验结果对比,验证了有限元模型的准确性,获取的位移-温度曲线也验证了顺序热力耦合方法的适用性。在验证有限元模型有效性的基础上,进一步研究瞬间去柱的钢框架结构在不同受火温度下的抗连续倒塌动力响应。研究表明：不同节点的连接形式对钢框架进行瞬间去柱时,钢框架的破坏模态与结构的稳定性影响显著,当火灾高温下钢框架采用加强型节点时,框架柱更容易发生过度屈曲,从而更容易引发连续倒塌;温度越高,钢框架去柱后中柱节点的峰值位移值和稳定后的竖向位移值均有明显提升,结构动力响应越明显,结构抗连续性倒塌能力也越小。     

框架结构连续性倒塌机制的静力分析过程

针对地震作用下框架结构的连续性倒塌过程,为简化问题,首先在静力分析基础上采用现有的构件重要性系数方法进行倒塌机制的分析和计算;然后利用概念移除的方式,通过对一榀钢筋混凝土框架的分析,计算所有梁、柱的重要性系数,以此研究该框架在竖向恒、活载作用下的倒塌机制和过程.分析结果发现,在移除底层中柱后,对应各层梁的计算变形量均大于梁构件所能承受的极限变形量,因此相继发生破坏,导致结构最终倒塌,这与试验中观察到的现象基本一致.     

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.     

螺栓连接预制装配剪力墙抗震性能试验

为了进一步提高装配剪力墙施工效率和结构整体性,提出一种螺栓连接全装配剪力墙及两端边缘构件现浇的半预制装配剪力墙。分别制作了采用螺栓通长连接的全装配一字RC剪力墙、部分采用螺栓连接的半装配剪力墙与现浇剪力墙,进行了低周往复加载拟静力试验,研究并揭示了新型预制剪力墙的工作机理,比较了三类剪力墙性能特点与抗震性能指标的差异。研究结果表明,全装配墙和半装配墙拥有良好的抗震性能,耗能能力全装配墙强于半装配墙强于现浇墙。由于连接钢框的强化作用,全装配墙和半装配墙的延性指标和刚度退化指标略优于对应现浇结构。两端边缘构件现浇可以有效限制加载后期全装配剪力墙连接钢框间的水平侧向滑移,但对竖向滑移的限制效果有限。这一切表明提出的全/半预制装配剪力墙都具有较好的整体性和抗震性能,半装配剪力墙各方面性能更接近现浇,性价比更高。     

柱端弯矩增大系数对PC框架结构

根据我国现行《预应力混凝土结构抗震设计规程》(JGJ 140-2004),以设防烈度为8度(0.2 g)地区的多跨多层预应力混凝土框架结构柱端弯矩增大系数为研究对象,对其合理取值问题进行了探讨.在SAP2000与PERFORM-3D软件中,采用局部纤维铰梁单元,对6个PC平面框架建立了弹塑性分析模型,并对其进行了静力弹塑性分析(Pushover分析)与动力弹塑性时程分析.计算结果表明:按照现行规范设计的PC框架,基本上可以满足8度区罕遇地震作用下的抗震要求,但是结构在大震作用下形成的是以底层柱端出铰为主的梁柱铰屈服机制,对结构抗震不利;随着柱端弯矩增大系数的增加,结构的局部构件抗震性能以及屈服机制均有很大程度的改善,当边柱和中柱的柱端弯矩增大系数分别增加到2.0,1.8时,预应力混凝土框架结构能够实现对结构抗震有利的以梁出铰为主的梁柱铰屈服机制,甚至是梁铰屈服机制.因此,建议在进行预应力抗震技术规程的修订时,适当提高框架结构柱端弯矩增大系数的取值.     

增强型混凝土永久模板—钢构架混凝土短柱轴压力学性能有限元分析

基于ABAQUS有限元数值模拟结果,探讨增强型混凝土永久模板—钢构架混凝土短柱和现浇钢构架混凝土短柱、现浇RC短柱的轴压力学性能,得出结论:增强型混凝土永久模板-钢构架混凝土短柱在轴压破坏过程中,主筋应变明显滞后于现浇RC短柱,承载力有较大幅度提高,增强型混凝土薄板有效参与工作;给出了该类型短柱的轴压承载力计算公式。     

水平加强层对钢框架结构抗连续倒塌性能的影响

为研究水平加强层对钢框架结构抗连续倒塌性能的影响,利用ANSYS有限元软件,以一幢10层钢框架结构为原型,根据支撑的设置方式建立了4种有限元模型,采用备用荷载路径法,将不同底层柱突然失效分为8种工况,对每种工况下的4种模型进行了动力非线性分析。分析结果表明：底层柱失效后,水平加强层可以有效提高结构的整体拉接力,从而显著减小破坏部位的竖向位移,并将荷载传递至失效柱的临近柱,避免结构构件发生屈服造成结构刚度的下降。在底层柱上方增设水平加强层可以以较低的造价增强结构的整体性,增强钢框架结构发生局部破坏后的内力重分布能力,提高抗连续倒塌能力。     

T形柱边框架节点套筒灌浆连接抗震分析

对预制柱连接进行优化,套筒灌浆用于角纵筋连接,其余纵筋绑扎搭接,设计并制作了一个T形柱边框架梁柱节点试件。采用试验和有限元计算,研究梁柱节点在水平地震作用下破坏过程、承载力与变形、延性、刚度与耗能能力,并对轴压比参数进行计算分析。结果表明：优化后梁柱节点呈梁端受弯破坏,节点和预制柱固端未出现明显裂缝;荷载位移骨架曲线表现出较好的塑性变形能力,延性系数接近5;滞回环面积饱满,累积耗能约15 kJ,等效黏滞系数在0.04~0.24之间;随轴压比增加,节点受压损伤区域扩大,延性明显降低。后浇整体式T形柱边框架节点整体性良好,抗震性能较强,弹簧单元用于竖向预制后浇界面黏结作用的简化,数值计算结果与试验表征相符。     

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。