平面钢筋混凝土框架抗连续倒塌性能试验与数值分析

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建筑结构中局部受力构件的破坏导致整个结构出现大范围、不成比例的破坏现象,称为连续倒塌。当结构局部的竖向承重构件失效后,剩余结构各部分构件的有效拉结可促成传力路径的转变,是避免结构发生连续性倒塌的有效方法。因此,研究建筑结构遭受局部破坏后剩余结构构件的传力机理以及增强结构抵抗连续倒塌的能力,对提高我国建筑结构的安全性、防止重大工程灾害的发生、减少相应的经济损失和人员伤亡具有十分重要的意义。本文基于拆除构件法,设计制作了缩尺比例为1/3的单层钢筋混凝土框架试件,进行了拟静力竖向加载试验,并采用DIANA软件建立了平面钢筋混凝土框架有限元模型,分析了楼层层数和侧向跨数等参数对平面框架抗倒塌性能的影响。主要研究内容和结论如下:(1)通过拟静力竖向加载试验,获得了单层框架的倒塌抗力变化曲线、梁柱与节点的变形发展规律,确定了试件的最终破坏形态为左柱柱脚受弯破坏与中节点处梁底纵筋断裂,分析了试件在弯曲阶段、压拱阶段和悬链线阶段的承载力。(2)基于已有的结构抗倒塌理论分析模型,对单层框架各阶段的承载力进行了理论计算,对比分析了各模型在计算单层框架承载力时的准确性,并对框架的柱端承载力进行了理论分析,结果表明框架在左柱柱脚破坏时的竖向承载力小于梁底纵筋断裂时的承载力。(3)采用DIANA软件建立了平面钢筋混凝土框架有限元模型,通过与本文中的单层框架试验结果及已有文献中的两层、三层框架试验结果进行对比,验证了有限元模型的合理性,分析了关键截面的内力变化规律。结果表明,在加载后期,单层框架左柱破坏严重,限制了梁轴力的充分发展,导致框架承载力未得到有效利用。(4)基于验证的有限元模型,建立了多层平面钢筋混凝土框架数值模型,分析了楼层层数和侧向跨数等参数对多层框架抗倒塌性能的影响规律。分析结果表明,多层框架的竖向承载力随层数的增加近似呈线性增长;多层框架在抵抗竖向荷载时存在楼层间的协同受力,但这种受力机制受楼层层数的影响较小;侧向跨数对框架竖向承载力的影响主要表现在悬链线阶段,随着侧向跨数的增加,悬链线段承载力得到提高;侧向跨数对框架底层梁轴力影响显著,对顶层梁轴力影响有限,随着侧向跨数的增加,底层梁在压拱阶段和悬链线阶段的轴向力均增大。
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