鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)抗倒塌性能研究中文摘要

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(diǎn)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(dǎo)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(xiàng)目在結(jié)構(gòu)體系綜合防災(zāi)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(biāo)，設(shè)計(jì)鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)模型和延性板柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)方案，分別考慮結(jié)構(gòu)底層柱破壞和節(jié)點(diǎn)破壞可能導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌。引入約束混凝土的概念，設(shè)計(jì)延性板柱節(jié)點(diǎn)及試驗(yàn)方案。通過提高板柱節(jié)點(diǎn)延性，實(shí)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(yàn)研究的基礎(chǔ)上，分析底層柱或板柱節(jié)點(diǎn)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(jī)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(chǔ)，結(jié)合鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的構(gòu)造措施，提出鋼筋混凝土板柱結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì)的基本框架。

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(jì)效益得到廣泛應(yīng)用。地震震害和工程事故表明，板柱節(jié)點(diǎn)沖切破壞是導(dǎo)致其連續(xù)倒塌破壞的潛在危險(xiǎn)因素。本項(xiàng)目以避免板柱結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌破壞為目標(biāo)，設(shè)計(jì)模型和延性節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)，分別考慮底層柱和節(jié)點(diǎn)破壞可能導(dǎo)致的連續(xù)倒塌，為完善板柱結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)提供參考。項(xiàng)目完成的主要研究如下: 1.采用擬靜力試驗(yàn)方法模擬板柱結(jié)構(gòu)底層柱突然失效，基于試驗(yàn)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(diǎn)破壞后能夠形成新的荷載傳遞路徑和傳力機(jī)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(shí)，對(duì)關(guān)鍵子結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)試驗(yàn)，結(jié)果表明：隨混凝土齡期增長，各階頻率也相應(yīng)增大，溫度變化影響較小，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和有限元模擬對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)識(shí)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(qiáng)度等試驗(yàn)變量的22塊單向板試驗(yàn)，結(jié)果表明：剪跨比對(duì)破壞模式具有顯著影響，柱頭和配筋率對(duì)極限承載力的影響隨混凝土強(qiáng)度不同而存在差異，提高混凝土強(qiáng)度、配筋率、降低剪跨比能提高極限承載力，并提出能夠準(zhǔn)確預(yù)測無腹筋細(xì)長梁抗剪承載力的計(jì)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(diǎn)試驗(yàn)研究，比較混凝土強(qiáng)度、配筋率等因素對(duì)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(duì)稱，提高混凝土強(qiáng)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(duì)于混凝土強(qiáng)度較低的構(gòu)件該效果更加顯著。 4.采用ABAQUS和ATENA對(duì)板柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元模擬，建立有限元模型并對(duì)試驗(yàn)的整個(gè)過程進(jìn)行模擬，針對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，模擬結(jié)果與試驗(yàn)現(xiàn)象吻合良好且具有足夠精度，驗(yàn)證了有限元分析對(duì)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(duì)關(guān)鍵子結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，采用塑性極限荷載法評(píng)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(shè)計(jì)流程。建立抗沖切試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫，基于回歸分析方法推導(dǎo)出沖切承載力計(jì)算公式，并按照R-F法和蒙特卡洛法對(duì)抗力可靠指標(biāo)進(jìn)行分析?；谠囼?yàn)和有限元計(jì)算的板端塑性轉(zhuǎn)角值，建立板柱結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì)的臨界判定標(biāo)準(zhǔn)，提出板柱結(jié)構(gòu)抗倒塌設(shè)計(jì)的基本框架。 項(xiàng)目后續(xù)研

本項(xiàng)目圍繞體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在極端災(zāi)害下的抗倒塌性能展開研究，通過靜力試驗(yàn)手段和理論分析方法，開展了體外預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土框架在關(guān)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(duì)單層雙跨體外預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土模型框架進(jìn)行靜力倒塌實(shí)驗(yàn)，分析了框架在局部豎向構(gòu)件失效后的受力機(jī)制與懸鏈線作用機(jī)理，并對(duì)比了框架在預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土框架的連續(xù)倒塌過程分為4個(gè)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(jī)制和懸鏈線機(jī)制進(jìn)行內(nèi)力重分配。懸鏈線機(jī)制提供的抗力由側(cè)向約束的剛度和強(qiáng)度決定，當(dāng)柱對(duì)梁提供的水平約束不足時(shí)，框架的倒塌抗力隨豎向位移的增大而不斷下降。體外預(yù)應(yīng)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(jìn)行了體外預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土框架的數(shù)值模擬分析，研究了混凝土強(qiáng)度等級(jí)、布筋形式、初始預(yù)應(yīng)力值和轉(zhuǎn)向塊等參數(shù)對(duì)鋼筋混凝土框架倒塌抗力的影響，探明了體外預(yù)應(yīng)力框架的設(shè)計(jì)參數(shù)與倒塌抗力分布規(guī)律關(guān)系；（3）結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果與現(xiàn)象對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂蚣苁芰^程進(jìn)行了分析，建立了基于結(jié)構(gòu)變形的體外預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力變化分析方法，推導(dǎo)出了體外預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土框架倒塌破壞的極限荷載簡化計(jì)算公式，可用來預(yù)估體外預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土框架的抗倒塌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供更為可靠的試驗(yàn)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(duì)預(yù)應(yīng)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(jìn)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(diǎn)，提出基于頻率靈敏度的對(duì)稱分組方法來判斷大跨空間結(jié)構(gòu)的關(guān)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(shè)計(jì)提供依據(jù)；提出采用預(yù)應(yīng)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(yīng)力比值法研究張弦結(jié)構(gòu)的動(dòng)力放大系數(shù)。結(jié)合新廣州火車站和天津梅江會(huì)展中心張弦結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)，探討大跨空間結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的設(shè)計(jì)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(guān)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(duì)連續(xù)倒塌的影響

第7章應(yīng)力比值法研究張弦結(jié)構(gòu)的動(dòng)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(huì)展中心抗連續(xù)倒塌性能分析 2100433B