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.     

空间钢框架连续倒塌拟静力试验

为考察钢框架结构中一根框架柱失效后,剩余结构在倒塌过程中的受力和变形情况,采用MTS和千斤顶配合的方法对二层空间钢框架结构进行了拟静力试验。试验结果显示,在倒塌过程中,框架梁的受力方式从受弯为主向受拉为主转变,当竖向位移达到200 mm时,失效区域部分框架梁全截面受拉;当竖向位移接近250 mm时,梁柱连接节点处焊缝发生断裂。目前应用比较广泛的H型钢全焊接刚性连接节点延性不够好,在梁形成明显的悬链线效应之前即发生破坏。采用显式动力法以准静态的加载方式对试验过程进行了模拟,建议在对含有H型钢全焊接刚性连接节点的钢框架结构进行连续倒塌分析时,采用较精确的节点模型以真实反应节点的受力。     

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.     

基于抽柱法的钢框架连续倒塌分析

为较准确地进行连续倒塌分析,对抽柱法分析框架连续倒塌时柱失效时间取值、柱失效位置等问题进行研究.采用动力非线性计算方法分别对不同跨度和高度的空间纯框架及框架支撑结构进行连续倒塌模拟分析,得到结构动力效应与柱失效时间的关系曲线和各失效点的位移时程曲线.分析结果表明:随着柱失效时间的减小,结构的动力效应趋于收敛;柱失效位置对剩余结构的影响较大,某些情况下可能会导致剩余结构产生共振.建议在对结构进行连续倒塌分析时,取剩余结构竖向振动周期的1/10,不应大于1/5.柱间支撑作为抗连续倒塌的一道防线起到的缓冲作用能很好地提高结构抗连续倒塌能力.     

爆炸冲击对多层钢框架连续倒塌性能的影响

以5层钢框架结构为对象,对钢框架在爆炸冲击作用下的连续倒塌性能进行了研究.采用备用荷载路径法,分别对钢框架结构进行了静力非线性、动力非线性以及爆炸冲击作用下的动力非线性连续倒塌分析.分析结果表明:在常规的静力和动力非线性分析中,该框架具有良好的抗连续倒塌能力;在5 kgTNT的初始爆炸冲击作用下,钢框架的变形比常规分析...     

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。     

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...     

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.     

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。     

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.     

钢-混凝土组合楼盖空间作用的试验研究

为了研究钢混凝土组合楼盖的空间作用,采用伪静力试验方法对按1/4比例缩小的单跨、4层、4柱距的钢框架、带水平支撑钢框架、组合框架以及带水平支撑组合框架模型进行了弹性比较试验,并对组合框架结构模型进行了破坏试验。试验结果表明,钢混凝土组合楼板能够满足水平荷载作用下协同框架结构整体受力的要求。在弹塑性阶段,混凝土楼板和钢梁之间仍然能够通过栓钉共同工作,有效地减小水平荷载作用下框架结构的侧向位移。试验验证了组合楼盖传递水平荷载的有效性,为进一步的理论研究提供了参考。     

组合楼板对装配式钢框架节点抗震性能的影响

为了解决装配式钢框架中节点区域构造复杂和传力机制不明的问题,提出一种考虑组合楼板作用的端板螺栓连接节点。设计并制作了2组端板连接的装配式梁柱节点,进行了低周往复循环荷载试验,建立了节点试件的数值模型,分析组合楼板对节点的破坏模式、滞回性能、承载能力、半刚性性能、受力特征的影响作用。结果表明,端板连接节点主要破坏模式为端板的弯曲变形,组合楼板的加入会使滞回曲线产生一定的捏拢现象,同时会产生组合楼板开裂破坏现象;增加组合楼板后,端板连接节点的初始转动刚度、极限承载力、耗能能力分别增加了约22%,13%,22%;组合楼板和钢梁上翼缘共同作用时,荷载通过组合楼板传递至柱腹板;与闭口型压型钢板-混凝土组合楼板的节点相比,采用开口型压型钢板-混凝土组合楼板的节点初始转动刚度和极限承载力分别提高13%和9%。组合楼板能有效提高端板连接节点的抗震性能,扩大节点核心区的传力范围,增强梁柱传力机制,可为进一步提高装配式节点性能提供参考。     

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。     

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.     

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。     

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。     

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.     

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.     

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.     

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.