钢筋混凝土梁-板子结构抗连续性倒塌性能研究

该文通过试验与有限元模拟研究边柱失效工况下钢筋混凝土(RC)梁-板子结构抗连续倒塌性能。在实验室通过对RC梁-板子结构缩尺模型开展pushdown试验研究梁-板子结构的破坏模态,并进一步讨论了梁-板子结构在倒塌过程中的荷载传递机理和抗力机制。试验结果表明:RC梁-板子结构在倒数第二个边柱失效下可以形成有效的梁机制、压拱机制、悬链线机制以及拉膜机制抵抗倒塌。在小变形阶段,楼板在负弯矩区作为梁翼缘可以显著提升RC梁抗弯承载力(T型梁作用);在大变形阶段,楼板发展拉膜作用早于梁发展悬链线机制。此外,根据有限元软件LSDYNA开展的数值分析结果表明:楼板提升RC框架屈服承载力与极限承载力分别高达65%和61%。

钢支撑加固RC框架抗连续倒塌试验与数值模拟研究

为研究钢支撑对RC框架抗连续倒塌性能的加固效应,在实验室制作了2榀RC平面子框架试件,并对其中1榀框架通过钢支撑进行加固,采用pushdown加载方式研究钢支撑对RC框架破坏模式和抗倒塌承载能力的影响。试验结果表明:钢支撑可以提高峰值荷载超过122%,其承载能力随拉杆的断裂而突然下降;由于压杆在加载初期就发生严重的平面外屈曲破坏,故仅对试件的初始刚度有影响,对峰值荷载作用很小。为进一步量化拉杆与压杆的加固贡献,通过商用有限元软件LS-DYNA进行精细有限元分析。有限元结果进一步验证了试验结果:采用角钢加固RC框架,压杆在加载初期容易发生平面外屈曲,对结构抗力影响不大,抗力提升主要由拉杆提供;通过拓展分析发现:采用防屈曲支撑加固可以显著提升压杆对结构抗力贡献,如压杆使用方钢管混凝土截面比L形截面峰值荷载提升超过42.8%。

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。

锈蚀RC框架结构连续倒塌抗力机制研究

为研究钢筋锈蚀对钢筋混凝土(RC)框架结构连续倒塌抗力机制的影响,对3个1/2缩尺RC梁-柱子结构开展了拟静力Pushdown试验,其中1个未锈蚀RC梁-柱子结构作为对照,另2个RC梁-柱子结构在节点区采用电化学加速锈蚀方法模拟钢筋锈蚀。试验结果表明:钢筋锈蚀会影响RC梁-柱子结构的裂缝开展顺序及钢筋断裂位置,同时钢筋锈蚀会削弱压拱机制及悬链线机制对RC结构抗连续倒塌能力的提升作用。在边节点锈蚀率为28.6%和中节点锈蚀率为5.2%的情况下,RC梁-柱子结构的第一峰值荷载和极限荷载分别降低了31.2%和57.4%。基于试验结果,通过对比分析验证不同压拱机制理论计算模型及悬链线机制理论计算模型评估锈蚀RC梁-柱子结构连续倒塌抗力机制的有效性。通过对比分析发现:Lu等提出的模型用于评估锈蚀RC梁-柱子结构压拱机制下的第一峰值荷载的准确性高且离散性低;Yu等所提模型对锈蚀RC梁-柱子结构悬链线机制下极限荷载的评估结果较为准确,但偏于保守。

预应力混凝土梁-柱子结构抗连续倒塌性能试验研究

通过开展2个有黏结预应力混凝土(PC)梁-柱子结构和2个无黏结PC梁-柱子结构的拟静力Pushdown试验,对中柱缺失后PC梁-柱子结构的抗倒塌性能进行研究.通过对比有黏结和无黏结PC梁-柱子结构的Pushdown试验结果发现:有黏结预应力筋较无黏结预应力筋可以有效提高结构的屈服荷载与初始刚度;两种子结构主要依靠钢筋产生的悬链线机制抵抗倒塌.此外,PC结构中的非预应力筋配筋率对其抗连续倒塌性能的影响也较为显著.单纯增加非预应力筋配筋率会增加PC梁-柱子结构在悬链线作用阶段中对周围结构的不利影响.因此,在PC结构的抗连续倒塌设计中需考虑合理的预应力筋与非预应力筋的比例.

后浇整体式预制混凝土梁-板子结构抗连续倒塌机理研究

为研究后浇整体式预制混凝土(PC)结构的抗连续倒塌性能,设计并制作了两个2跨1/3缩尺后浇整体式PC梁-板子结构模型。试验中采用堆加均布荷载与Pushdown结合的加载方式研究其在边柱失效下的抗力曲线与破坏模式。试验结果表明:后浇整体式PC结构中预制板的整体性较好,开裂主要集中在预制板与梁交界处;在加载过程中PC子结构可有效发展二级抗力机制提供附加抗力;预制板沿短跨布置的子结构抗倒塌性能优于沿长跨布置子结构。随后通过有限元软件LSDYNA进行精细化有限元建模,研究PC子结构去柱后荷载重分配机理和新旧混凝土界面黏结强度对其抗倒塌性能的影响规律。有限元分析表明:预制板结合后浇叠合层可以保证楼板体系的整体性从而提升荷载重分布能力,塑性铰出现在梁端而不是柱端;沿短跨布置预制板与后浇叠合层在加载过程中的平均抗力贡献占比高达54%;新旧混凝土界面黏结强度对结构整体性有一定影响;但是当界面黏结强度降低不超过50%时,对结构的抗力影响不大。

焊接连接预制混凝土梁-板子结构抗连续倒塌性能研究

通过试验与有限元分析研究焊接连接预制混凝土(PC)梁-板子结构的抗连续倒塌性能。在实验室制作1个焊接连接PC梁-板子结构缩尺模型,采用Pushdown加载方法并考虑工作荷载对结构倒塌过程的影响,研究该子结构在去除1个边柱工况下的抗力曲线、梁板变形、钢筋应变及有效抗力机制。试验结果表明,尽管假设动力放大系数为2.0,试验模型在瞬间移除1个边柱工况下也不会发生连续倒塌,焊接连接PC试件的破坏首先发生于焊缝处栓钉断裂。为了解焊接连接PC子结构抗倒塌机理及各主要构件的抗力贡献,通过商业软件ANSYS/LSDYNA进行数值分析并开展拓展分析。通过对比试验及有限元模拟结果发现,采用LSDYNA软件可以准确模拟试件的破坏模态及受力特性。有限元分析结果表明:在受荷初始阶段,预制板及叠合层对抗倒塌承载力的贡献只占30%,抗力主要由预制梁发展梁机制承担;但是在后期大变形阶段,预制板及叠合层对抗倒塌承载力的贡献可高达80%,叠合层中的钢筋网发展拉膜作用是后期大变形阶段试件的主要抗力机制。