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结构在偶然荷载作用下的连续性倒塌是严重危害公共安全的问题,特别是近几十年来高层建筑快速发展,结构发生连续性倒塌所造成的人员伤亡、经济损失非常巨大。很多学者对结构抗连续性倒塌性能开展了研究,但大部分都集中在理论研究,进行模拟分析和计算,相关实验研究比较少。
本文以某美国实际工程为背景,按照美国规范抗震S1=0.117g的标准设计建造了一座1/2比例3跨3层钢筋混凝土框架结构模型,通过对模型进行试验和有限元数值模拟分析研究其抗连续倒塌性能。
本文通过对框架模型进行角柱突然卸载试验,研究结构的动力效应、失效机理和荷载传递路径的改变等。在试验中用素混凝土块替代需拆除的柱,并以氢气炮冲击作用拆除角柱。框架角柱失效后,原框架柱所承受的作用力通过框架梁传递到四周的柱,整体结构未发生倒塌破坏。试验结果表明,经过抗震设计的框架结构具有良好的抗连续倒塌性能,在实际工程中有较好的抗倒塌安全储备。
本文利用有限元分析软件SAP2000建立了该钢筋混凝土框架结构三维有限元模型并且进行模拟分析,并将有限元分析结果与试验结果进行了对比分析,结果表明两者能较好吻合,验证了该结构有较好的抗连续倒塌性能。
综合上述角柱卸载试验和有限元分析结果可知,经过抗震设计的框架结构具有良好的抗连续倒塌性能,能够满足实际工程抗连续倒塌要求,能为今后的结构抗连续倒塌性能研究和工程应用提供参考。