现浇楼板和跨高比对RC框架梁板柱空间协同抗连续性倒塌机制的影响非线性仿真分析

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目前很多学者研究发现:现浇楼板在结构的连续性倒塌过程中通常表现为双向拉力膜机制参与抗力;框架梁在结构的连续性倒塌过程中通常表现为压拱机制到悬链线机制参与抗力。而进一步考虑现浇楼板和梁如何影响结构的抗连续性倒塌机制的研究较少,因此通过对比分析准确考虑楼板和梁的跨高比因素如何影响结构抗连续性倒塌的性能与机制很有必要。三维实体退化虚拟层合单元非线性有限元分析法是在实体退化单元基础上引入虚拟节点与虚拟区域形成实体退化虚拟层合单元的有限元分析方法。该方法可考虑几何、材料非线性且便于实现梁板柱空间协同效应的真实模拟。并通过对梁、板、柱或复杂节点内的纵筋或横向钢筋(箍筋)进行空间定位,以实现钢筋的真实模拟。本文采用此法对两个连续性倒塌试验分别进行非线性有限元仿真模拟,得到结构的破坏发展过程与破坏形态和试验描述高度吻合,充分验证了此有限元程序在模拟仿真分析中的精确适用性。本文通过对底层无楼板四层RC框架结构在拆除底层内柱、边柱工况下竖向连续性倒塌全过程仿真分析与研究,对比分析底层独立梁格(无楼板参与)和二层肋梁楼盖(有楼板参与)的破坏发展过程与破坏形态、极限荷载下的应力分布、梁板内钢筋应力的变化等,以探讨梁板柱空间协同效应中楼板的参与影响。研究结果表明,独立梁格层形成的贯通梁呈现明显的“压拱”和“悬链线”机制,肋梁楼盖层形成的贯通梁始终未呈现“压拱”和“悬链线”机制,始终以“梁抗弯”机制为主;肋梁楼盖层失效柱区域的梁格范围除梁肋区域的楼板以梁翼缘形式与框架梁共同工作外,其余楼板基本处于偏心受拉状态等研究结论。通过对不同楼板厚度的四层RC框架结构在拆除底层内柱工况下竖向连续性倒塌全过程仿真分析与研究,对比分析不同楼板厚度的四层RC框架结构的破坏发展过程与破坏形态、极限荷载下的应力分布、梁板内钢筋应力的变化等,以探讨梁板柱空间协同效应中楼板厚度的影响。研究结果表明,在失效柱附近楼板区域即贯通梁两侧随楼板厚度的增加,其板底受拉区域范围越广且拉应力值越大,而板顶受压区域范围越少且压应力值越小;随楼板厚度的增加,所呈现的“板膜偏拉”受力机制越不明显等研究结论。通过对不同梁跨高比的RC框架结构在拆除底层内柱工况下竖向连续性倒塌全过程仿真分析与研究,对比分析不同梁跨高比的RC框架结构的破坏发展过程与破坏形态、极限荷载下的应力分布、失效柱顶轴力重分配、梁板柱内钢筋应力的变化等,以探讨梁板柱空间协同效应中梁跨高比的影响。研究结果表明,跨高比越小,构件间的拉结能力越强,即减小梁跨高比,可增强结构整体性从而增加冗余传力路径,进而提高结构的抗连续性倒塌能力等研究结论。通过上述研究,可为考虑梁板柱空间协同的RC框架结构的抗连续倒塌设计理论的进一步完善和发展提供借鉴和参考。
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