鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)抗倒塌性能研究

板柱結(jié)構(gòu)體系是常用的建筑結(jié)構(gòu)形式，因具有良好的經(jīng)濟效益得到廣泛應用。地震震害和工程事故表明，板柱節(jié)點沖切破壞是導致其連續(xù)倒塌破壞的潛在危險因素。本項目以避免板柱結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌破壞為目標，設計模型和延性節(jié)點試驗，分別考慮底層柱和節(jié)點破壞可能導致的連續(xù)倒塌，為完善板柱結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設計提供參考。項目完成的主要研究如下: 1.采用擬靜力試驗方法模擬板柱結(jié)構(gòu)底層柱突然失效，基于試驗結(jié)果研究連續(xù)倒塌過程中的破壞過程和受力狀態(tài)，揭示了結(jié)構(gòu)在底層柱或節(jié)點破壞后能夠形成新的荷載傳遞路徑和傳力機制，板的壓力、拉力薄膜作用分別發(fā)揮不同程度的作用，在底層柱失效后提供高于屈服線承載力的抗倒塌能力，有限平面剛度提供的壓膜作用使得結(jié)構(gòu)極限承載力明顯大于塑性鉸線值。同時，對關鍵子結(jié)構(gòu)進行模態(tài)試驗，結(jié)果表明：隨混凝土齡期增長，各階頻率也相應增大，溫度變化影響較小，依據(jù)試驗結(jié)果和有限元模擬對結(jié)構(gòu)進行參數(shù)識別和損傷診斷，為板柱結(jié)構(gòu)的損傷診斷提供參考和依據(jù)。 2.完成以有無柱頭、混凝土強度等試驗變量的22塊單向板試驗，結(jié)果表明：剪跨比對破壞模式具有顯著影響，柱頭和配筋率對極限承載力的影響隨混凝土強度不同而存在差異，提高混凝土強度、配筋率、降低剪跨比能提高極限承載力，并提出能夠準確預測無腹筋細長梁抗剪承載力的計算公式。 3.完成16塊軸心荷載、軸心和偏心荷載共同作用下的板柱節(jié)點試驗研究，比較混凝土強度、配筋率等因素對沖切承載力的影響。結(jié)果表明：偏載作用下，構(gòu)件承載力明顯降低，臨界破壞面呈明顯的不對稱，提高混凝土強度和配筋率能夠提高抗沖切承載力，增大剪跨比構(gòu)件延性提高，承載力下降，對于混凝土強度較低的構(gòu)件該效果更加顯著。 4.采用ABAQUS和ATENA對板柱結(jié)構(gòu)進行有限元模擬，建立有限元模型并對試驗的整個過程進行模擬，針對相關參數(shù)進行計算，模擬結(jié)果與試驗現(xiàn)象吻合良好且具有足夠精度，驗證了有限元分析對板柱結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌模擬的可行性。 5.采用拆除構(gòu)件法對關鍵子結(jié)構(gòu)進行計算，采用塑性極限荷載法評估框架結(jié)構(gòu)發(fā)生初始破壞后的抗連續(xù)倒塌能力，據(jù)此提出板柱結(jié)構(gòu)抗倒塌設計流程。建立抗沖切試驗數(shù)據(jù)庫，基于回歸分析方法推導出沖切承載力計算公式，并按照R-F法和蒙特卡洛法對抗力可靠指標進行分析。基于試驗和有限元計算的板端塑性轉(zhuǎn)角值，建立板柱結(jié)構(gòu)抗倒塌設計的臨界判定標準，提出板柱結(jié)構(gòu)抗倒塌設計的基本框架。 項目后續(xù)研

鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)是倉庫、住宅、車庫、辦公樓等建筑常用的結(jié)構(gòu)形式之一，但板柱節(jié)點的沖切破壞構(gòu)成板柱結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)。地震震害和工程事故表明，這一薄弱環(huán)節(jié)有可能導致板柱結(jié)構(gòu)在偶然荷載下發(fā)生連續(xù)倒塌破壞。本項目在結(jié)構(gòu)體系綜合防災的背景下，以避免鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌破壞為目標，設計鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)模型和延性板柱節(jié)點試驗方案，分別考慮結(jié)構(gòu)底層柱破壞和節(jié)點破壞可能導致的結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌。引入約束混凝土的概念，設計延性板柱節(jié)點及試驗方案。通過提高板柱節(jié)點延性，實現(xiàn)提高鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)整體抗倒塌性能的目的。在試驗研究的基礎上，分析底層柱或板柱節(jié)點失效后，荷載傳遞路徑的變化，提出簡化的板柱結(jié)構(gòu)抗倒塌分析方法。采用馬爾科夫鏈隨機模型，引入?yún)^(qū)間變量，分析板柱結(jié)構(gòu)體系的失效概率，并以此為基礎，結(jié)合鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)抗震設計的構(gòu)造措施，提出鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)抗倒塌設計的基本框架。

本項目圍繞體外預應力結(jié)構(gòu)在極端災害下的抗倒塌性能展開研究，通過靜力試驗手段和理論分析方法，開展了體外預應力鋼筋混凝土框架在關鍵柱失效后的抗倒塌性能研究，主要的研究工作如下：（1）通過對單層雙跨體外預應力鋼筋混凝土模型框架進行靜力倒塌實驗，分析了框架在局部豎向構(gòu)件失效后的受力機制與懸鏈線作用機理，并對比了框架在預應力筋加固前后破壞形態(tài)與極限承載力的變化。研究結(jié)果表明：中柱失效后，體外預應力鋼筋混凝土框架的連續(xù)倒塌過程分為4個階段：彈性階段、彈塑性階段、受壓混凝土破壞階段和懸鏈線作用階段，結(jié)構(gòu)主要通過壓拱機制和懸鏈線機制進行內(nèi)力重分配。懸鏈線機制提供的抗力由側(cè)向約束的剛度和強度決定，當柱對梁提供的水平約束不足時，框架的倒塌抗力隨豎向位移的增大而不斷下降。體外預應力筋可提高框架的開裂荷載、壓拱作用階段的峰值荷載以及懸鏈線作用階段的極限荷載；（2）進行了體外預應力鋼筋混凝土框架的數(shù)值模擬分析，研究了混凝土強度等級、布筋形式、初始預應力值和轉(zhuǎn)向塊等參數(shù)對鋼筋混凝土框架倒塌抗力的影響，探明了體外預應力框架的設計參數(shù)與倒塌抗力分布規(guī)律關系；（3）結(jié)合試驗結(jié)果與現(xiàn)象對試驗模型框架受力過程進行了分析，建立了基于結(jié)構(gòu)變形的體外預應力筋應力變化分析方法，推導出了體外預應力鋼筋混凝土框架倒塌破壞的極限荷載簡化計算公式，可用來預估體外預應力鋼筋混凝土框架考慮懸鏈線作用的極限承載力。研究成果將為體外預應力鋼筋混凝土框架的抗倒塌結(jié)構(gòu)設計提供更為可靠的試驗依據(jù)，也為既有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌加固和改造提供依據(jù)。 2100433B

本書對預應力張弦結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌分析方法、抗連續(xù)倒塌性能、提高抗連續(xù)倒塌能力的措施等進行了系統(tǒng)研究。具體內(nèi)容包括：根據(jù)大跨空間結(jié)構(gòu)的受力特性和荷載特點，提出基于頻率靈敏度的對稱分組方法來判斷大跨空間結(jié)構(gòu)的關鍵構(gòu)件；在ANSYS上二次開發(fā)出空間結(jié)構(gòu)靜力仿真分析程序，為空間結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設計提供依據(jù)；提出采用預應力等效荷載法模擬張弦結(jié)構(gòu)的拉索失效；給出防止張弦結(jié)構(gòu)發(fā)生上弦局部破壞和撐桿連鎖破壞的充分條件；提出采用應力比值法研究張弦結(jié)構(gòu)的動力放大系數(shù)。結(jié)合新廣州火車站和天津梅江會展中心張弦結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌設計，探討大跨空間結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的設計方法，提出多種張弦結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的措施。

前言

第1章緒論

第2章結(jié)構(gòu)重要構(gòu)件判斷方法

第3章基于頻率靈敏度的關鍵構(gòu)件判斷方法研究

第4章考慮初始缺陷的空間結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌靜力仿真分析

第5章索失效的模擬方法研究

第6章?lián)螚U截面和間距對連續(xù)倒塌的影響

第7章應力比值法研究張弦結(jié)構(gòu)的動力放大系數(shù)

第8章提高結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能的措施

第9章新廣州火車站屋蓋結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能分析

第10章天津梅江會展中心抗連續(xù)倒塌性能分析 2100433B