【摘 要】
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建筑的连续性倒塌是结构因偶然荷载造成结构局部破坏失效,继而引起失效破坏构件相连的构件连续破坏,最终导致相对于初始局部破坏更大范围的倒塌破坏的一种现象。国内外许多学者对于框架结构的抗连续倒塌能力进行了研究,但针对失效柱的不同位置对钢框架抗连续倒塌能力影响的研究却屈指可数,失效柱的不同位置会引起梁柱子结构的边界条件不同,导致对其抗连续倒塌的各个阶段影响不同,因此有必要进一步的深入研究,为结构抗倒塌设计
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目(51678476); 陕西省重点研发计划项目(2018ZDXM-SF-097); 国家自然科学基金青年科学基金项目(51908449); 陕西省自然科学基础研究计划项目(2020JQ-660); 陕西省教育厅专项科研计划项
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建筑的连续性倒塌是结构因偶然荷载造成结构局部破坏失效,继而引起失效破坏构件相连的构件连续破坏,最终导致相对于初始局部破坏更大范围的倒塌破坏的一种现象。国内外许多学者对于框架结构的抗连续倒塌能力进行了研究,但针对失效柱的不同位置对钢框架抗连续倒塌能力影响的研究却屈指可数,失效柱的不同位置会引起梁柱子结构的边界条件不同,导致对其抗连续倒塌的各个阶段影响不同,因此有必要进一步的深入研究,为结构抗倒塌设计规范的修订和工程实际应用提供参考。本文选取两种不同周边约束下的梁柱子结构进行中柱失效下的拟静力试验,分别是中柱失效的完全约束试件和次边柱失效的部分约束试件,研究不同周边约束对梁柱子结构抗倒塌能力的影响。结果表明,周边约束形式可影响子结构的变形承载力和节点转动能力。两种子结构均经历梁抗弯机制阶段、梁抗弯机制向悬链线机制转变阶段、悬链线机制阶段三个抗力发展过程。部分约束子结构由于其一端无边柱拉结,周边约束条件不足,故其悬链线效应未得到充分发展,悬链线机制抗力贡献比仅为15%。本文利用有限元分析软件ABAQUS建立完全约束子结构和部分约束子结构的数值分析模型,并与试验得到的荷载-位移曲线、破坏模式、内力发展、抗力机制数据进行对比分析。可以得出,本文采用ABAQUS建立的有限元数值模型精确度高,可以准确地模拟梁柱子结构抗倒塌的全过程,从而为有限元模拟的变化参数分析提供理论基础。对梁柱子结构进行了变化参数分析。首先,以次边柱失效情况下的剩余子结构为研究对象,研究表明,弹簧约束系数n的取值接近1.5时,可保证子结构内部悬链线机制的最大程度发挥。其次,基于中柱失效情况下的剩余子结构进行抗倒塌能力探究,结果表明,固定刚度侧组合梁内力相差不大,变化刚度侧组合梁内力随着侧向刚度的逐渐增大而增大。随着变化侧梁端侧向刚度的逐渐增大,子结构的悬链线机制抗力逐渐增大,进而子结构的整体承载力逐渐增大。再次,以子结构边柱尺寸作为变化参数。研究得到,边柱尺寸过小容易引发柱的弯曲破坏,进而降低子结构后期极限承载力。边柱尺寸过大时,边柱对梁端相当于固接作用,梁抗弯机制发挥的作用有限,故其提供总抗力也有限。即梁柱线刚度比处于0.6-1的子结构有利于提升子结构整体的抗倒塌承载能力。最后,探究边柱上轴压比对子结构抗倒塌能力的影响,结果表明,轴压比对于子结构抗倒塌能力影响较小,轴压比取值为0.3合适。
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