次边缘柱失效下预应力混凝土框架抗连续倒塌性能研究

考虑到去柱后弯矩方向在去柱处出现反转并且可能与预应力筋布置形式相反,预应力混凝土结构具有较大的倒塌风险,该文通过拟静力试验和数值模拟研究了次边缘柱失效下无黏结预应力混凝土(PC)梁-柱子结构的抗连续倒塌性能。对2个具有不同预应力筋布置形式(直线型和抛物线型)的1/2缩尺梁-柱子结构进行Pushdown加载,分析了试件的破坏模式、抗力机制演变和极限承载力。为量化预应力筋的影响,制作了一个具有相同几何尺寸和非预应力筋配筋率的钢筋混凝土试件作为参考。结果表明:预应力筋可以显著提高结构承载力,同时改变结构的破坏模式,降低结构变形能力。预应力筋产生的水平拉力加剧了边柱的挠曲P-δ效应,使边柱提早发生大偏心受压破坏。为进一步了解预应力混凝土框架抗倒塌性能,基于有限元软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型开展系列参数分析。数值分析表明,预压应力可以增强压拱机制,预应力筋对于大变形阶段承载力的提高贡献显著。

高温下及高温冷却后中柱失效足尺RC梁-柱子结构抗连续倒塌性能

为研究RC框架结构在受火工况下的破坏机理以及抗连续倒塌机制,基于热-力顺序耦合方法建立了足尺的三维有限元数值模型。在验证模型准确性的基础上,对高温下及高温冷却后的中柱失效足尺RC梁-柱子结构展开Pushdown分析,并研究了受火时间、边柱受火及抗震构造等因素的影响,并与前期基于1/2缩尺子结构展开的研究进行对比。有限元分析结果表明:在高温下,由于钢筋和混凝土力学性能的退化,子结构的第一峰荷载明显下降;当受火时间为30 min时,子结构的破坏模式与常温下相似,最终失效由靠近中柱梁端钢筋断裂控制;而当受火时间超过60 min时,子结构的破坏由梁顶部钢筋截断处的破坏控制;高温冷却后子结构可相继发展压拱机制和悬索机制抵抗倒塌,其变形能力及极限荷载与常温下相近。此外,在边柱受火时间超过60 min并冷却后,拟静力作用下子结构边柱发生轴心受压破坏;在受火时间为30~120 min时,采用抗震构造可使高温冷却后子结构的极限荷载和变形能力分别至少提高51%和39%。

无黏结预应力梁-柱子结构抗连续倒塌机理研究

为了研究中柱失效下不同钢绞线布置形式(直线型和抛物线型)的无黏结预应力混凝土(UPC)结构的抗连续倒塌机理,对1/2缩尺的2个后张拉无黏结预应力混凝土梁-柱子结构和1个钢筋混凝土(RC)梁-柱子结构进行Pushdown加载。试验结果表明:直线型布筋和抛物线型布筋UPC梁-柱子结构相比于RC梁-柱子结构的极限荷载分别提高95%和189%,但设置预应力筋会增大梁-柱子结构的水平拉力,导致UPC梁-柱子结构的边柱相比于RC梁-柱子结构的破坏更加严重;RC梁-柱子结构和抛物线型UPC梁-柱子结构的破坏由钢筋断裂控制,而直线型UPC梁-柱子结构的破坏由钢绞线断裂控制。通过有限元软件LS-DYNA建立精细化有限元模型,在验证模型准确性的基础上展开有限元分析。分析结果表明:当预应力筋配筋率相同时,中柱失效工况下直线型布置比抛物线型布置的UPC梁-柱子结构极限荷载高20%~58%;直线型预应力筋可在加载全过程发展悬索机制抵抗倒塌,而抛物线型预应力筋仅当中柱位移超过1倍梁高时开始发展悬索机制。