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。     

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。     

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.     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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.     

框架结构典型梁柱节点的抗连续倒塌性能

建立精细化有限元模型,得到了传统栓焊(WUFB)节点、盖板式(WCPF)和狗骨式(RBS)节点在连续倒塌过程中的失效过程,并从能量角度推导了3种节点的动力响应.结果表明:盖板式节点的转动刚度大、拉结能力强,梁机制和悬链线机制承载力均很高,结构的吸能能力好,抗连续倒塌性能优越;狗骨式节点的转动能力强,结构的悬链线效应和吸能能力提高,但结构的外力功增大,抗连续倒塌承载力略有降低.梁柱节点在连续倒塌工况中和地震作用下的受力状态差异大,连续倒塌工况下节点的极限转角远高于节点在地震作用下的转动能力.     

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。     

下栓接贯通隔板-上焊接外环板节点抗连续倒塌性能数值模拟分析

通过对不同连接方式的梁柱节点构造进行分析，发现采用新型节点形式（下栓接贯通隔板-上焊接外环板）更有利于发挥悬链线机制，提高构件抗连续倒塌能力。运用ABAQUS软件，对该节点形式下的不同跨高比、不同跨度比以及局部削弱截面下的失效模式、承载力-位移曲线、抗力机制进行分析，为提升梁柱节点抗连续倒塌能力提供了新的节点形式，为抗连续倒塌性能的设计奠定了基础。     

考虑支座失效的基础隔震结构振动台试验研究

为研究隔震结构在多向动力耦合激励下的动力响应和荷载传递路径,进行了一个缩尺比例为1∶4的三层平面不规则RC隔震框架结构振动台试验. 通过研究结构的加速度响应、位移响应、隔震支座内力响应、损伤跨梁混凝土和钢筋应变等,揭示了多向动力耦合激励下的抗倒塌性能. 进一步利用OpenSees有限元软件,分析了损伤跨梁内力和支座损伤指数分布规律. 研究结果表明：在双向水平地震和单个隔震支座突然失效引起的竖向不平衡荷载耦合激励下,失效点位置处结构的竖向动力响应显著增大,并发生明显的竖向变形;支座瞬时失效产生的动力效应对各支座内力均有影响,特别是对相邻支座的内力影响更加明显;支座瞬时失效产生的竖向不平衡荷载由空腹效应和梁端弯矩共同抵抗;支座瞬时失效对相邻支座损伤指数影响最大;在多向动力耦合激励下失效区域的动力响应比仅考虑竖向不平衡荷载下更显著,隔震层损伤指数分布相比地震单独作用下更加离散.     

贯通隔板全螺栓节点抗连续倒塌分析

以钢管混凝土隔板贯通式全螺栓节点为研究对象,设计了一个三柱两跨式平面框架结构,采用静力加载的方式模拟结构倒塌的全过程,考察节点的受力变形、抗力机制、破坏现象和应变发展.建立ABAQUS有限元模型对结构失效模式进行受力分析.试验和有限元结果表明,倒塌全过程经历4个阶段:梁机制、混合作用、悬线作用和破坏.结构的抗倒塌能力取决于抗弯和抗拉能力,设计节点可以满足FEMA-365的转角要求,结构中的悬线作用出现在破坏阶段前.构件破坏发生在中节点H型梁下翼缘处,孔壁撕裂导致裂缝延伸至腹板使H型梁出现断裂.由于螺栓孔对翼缘的削弱,建议对螺栓连接H型钢翼缘进行构造加强,以保证连接的有效性.     

钢筋混凝土框架结构中次梁的抗连续倒塌性能分析

目的分析次梁在框架结构中的抗连续倒塌性能,为抗连续倒塌设计和研究提供依据.方法采用有限元软件Sap2000对6个不同次梁布置形式(不考虑次梁、长边单向布置、短边单向布置、十字型布置、井字形布置、密肋型布置)的五层框架结构进行倒塌动力分析,同时笔者对其中5个模型(不考虑次梁除外)进行倒塌的敏感性分析和经济性分析.结果次梁密肋型布置的结构的位移和速度时程曲线斜率最小,其次是十字型和井字形.在长边中柱和角柱失效下,框架结构的连续倒塌发生的概率最大,在内柱失效下,连续倒塌发生的概率最小.长边布置形式的次梁的结构的总造价最小,十字型和井字形布置其次,最大的是密肋型布置.结论次梁有一定的抗倒塌作用,其中密肋型布置形式对抗倒塌最有利;框架结构对长边中柱和角柱失效下连续倒塌最敏感,对内柱失效下最不敏感;结合经济性和抗倒塌性因素考虑,框架结构的次梁布置形式应首选十字型和井字型.     

基于ABAQUS准静态显式分析的RC框架梁柱子结构倒塌模拟

由地震、爆炸、车辆撞击等引发的工程结构连续倒塌将导致严重的后果,受到国内外学者的关注.当前已有大量对RC结构倒塌性能的试验研究,但相关的数值模拟手段仍然有限,存在不足.本文基于ABAQUS/Explicit模块,通过引入延性金属材料的断裂准则,建立了可考虑钢筋断裂的RC框架梁柱子结构的非线性有限元模型.在模型调整过程中,对比分析了网格划分方式、混凝土受压本构、加载速度以及约束弹簧刚度等非试件设计因素对计算结果的影响.结合已有试验研究,对所建立的模型进行了验证.结果表明:有限元模型的荷载-挠度及水平反力-挠度计算曲线与试验结果吻合良好;该模型能够捕捉RC框架梁柱子结构在中柱失效工况下倒塌行为的主要特征,如压拱效应、悬链效应、钢筋断裂等.此外,研究了钢筋屈服后的极限强度以及极限应变对倒塌性能的影响.发现两者均对悬链阶段的力学性能产生明显影响,尤其是改变钢材的极限强度.     

结构-地震动双随机的隔震结构倒塌鲁棒性分析

为分析基于结构及地震动双随机的隔震结构竖向连续倒塌鲁棒性,依据二次四阶矩可靠度理论提出随机鲁棒性指标,通过对比分析隔震结构考虑结构随机、地震动随机性以及同时考虑结构-地震动随机性的鲁棒性指标,揭示随机性对隔震结构竖向连续倒塌鲁棒性的影响,以及PGA对隔震结构抗竖向连续倒塌鲁棒性产生的作用.研究结果表明:基于可靠度的随机鲁棒性指标可定量评估隔震结构抗竖向连续倒塌能力;若仅考虑结构随机或地震动随机,均会高估结构抗竖向连续倒塌能力;此外,随PGA增大,结构抗竖向连续倒塌鲁棒性下降,强震作用下,隔震结构极可能发生竖向连续倒塌现象.     

先简支后连续梁桥结构的疲劳性能与抗裂性能

采用等幅重复加载和按比例分级加载法,对3根铁路先简支后连续模型梁的疲劳性能和抗裂性能进行研究.根据3根模型梁疲劳试验和开裂试验结果,分析在正常应力状态下结构刚度,各典型截面混凝土、普通钢筋和预应力钢筋的应变随疲劳加载次数的变化规律以及重复加载对各关键断面特别是湿接缝断面抗裂性能的影响.研究结果表明:重复加载能明显降低梁体刚度,并使梁体混凝土、普通钢筋和预应力钢筋的应变增大;重复荷载降低了湿接缝的抗裂强度,而对跨中截面和中支点截面抗裂强度无明显影响.     

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.