鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能試驗研究.pdf

1、建筑結(jié)構(gòu)的整體安全性一直是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的首要問題,并已成為結(jié)構(gòu)工程界關(guān)注的熱點(diǎn)。建筑結(jié)構(gòu)在承受爆炸、撞擊、火災(zāi)等突發(fā)事件引發(fā)的偶然極端荷載作用時,結(jié)構(gòu)可能發(fā)生局部甚至大面積的不成比例的倒塌,由此引發(fā)大量的人員傷亡以及巨大的經(jīng)濟(jì)損失,并會對社會造成惡劣的政治影響,因此,除了按照常規(guī)設(shè)計方法保證結(jié)構(gòu)遭受常規(guī)設(shè)計荷載時在強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性方面的安全可靠外,還應(yīng)當(dāng)確保結(jié)構(gòu)能抵抗遭受上述偶然極端荷載引起的倒塌,然而,對于結(jié)構(gòu)工程師來說,如何確保

2、做到這一點(diǎn)還缺乏可操作性的依據(jù)。
　　 1.本文采用擬靜力試驗方法完成了3層4跨平面鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能試驗,框架在卸載位移達(dá)456mm時因梁內(nèi)鋼筋斷裂而倒塌,基于試驗結(jié)果研究了框架結(jié)構(gòu)在倒塌過程中的靜力特性、破壞過程和受力特性,探討了框架結(jié)構(gòu)在倒塌過程中的受力機(jī)制與力的轉(zhuǎn)換機(jī)理。為考慮倒塌過程動力效應(yīng)問題,結(jié)合擬靜力試驗獲取的抗力曲線,采用動力時程分析方法研究了框架結(jié)構(gòu)倒塌過程中的動力反應(yīng),并采用Ls-Dyna考慮柱

3、的失效速率問題展開了數(shù)值模擬分析。通過將抗力曲線按照能量等效轉(zhuǎn)換為能力曲線來研究結(jié)構(gòu)倒塌過程中的動力效應(yīng)問題,并基于能量原理得到的抗倒塌能量方程推導(dǎo)出結(jié)果不發(fā)生倒塌的必要條件,結(jié)合抗倒塌設(shè)計與評估,提出能量需求曲線以評估結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能。
　　 2.懸索作用效應(yīng)的估算與利用是抗倒塌設(shè)計中至關(guān)重要的一環(huán),為了研究懸索作用機(jī)理,本文通過變化配筋率、鋼筋等級、錨固方式以及加載速率,完成了6根約束梁構(gòu)件的連續(xù)加載破壞性試驗,除試件B1由

4、于支座變形過大導(dǎo)致加載行程內(nèi)沒有發(fā)生破壞外,其余試件均發(fā)生由于鋼筋斷裂而導(dǎo)致承載能力大幅降低,且由于懸索效應(yīng)的發(fā)揮,倒塌極限狀態(tài)構(gòu)件承載能力約為塑性時的2倍,而構(gòu)件變形約為20倍。基于試驗數(shù)據(jù),本文提出了簡化方法來預(yù)估最大變形與懸索力兩個設(shè)計參數(shù)。
　　 3.為研究空間框架在快速移除框架柱情況下的抗倒塌性能,框架均布6kN/m2荷載,利用炸藥內(nèi)爆方式分別快速移除邊中柱與角柱的倒塌試驗,框架在柱失效后僅發(fā)生彈性變形,其最大豎向位移

5、分別為8.5mm,4.3mm。并利用液壓千斤頂連續(xù)加載方式對移除柱后的框架進(jìn)行了靜力倒塌破壞性試驗,試驗結(jié)果表明,框架由于板的薄膜作用、梁的空間效應(yīng),結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌破壞過程呈現(xiàn)塑性,對減緩與抑制結(jié)構(gòu)的倒塌發(fā)揮較大的作用。橫向或縱向的空間空腹梁作用是結(jié)構(gòu)在柱失效后的荷載重分布的主要受力機(jī)理。
　　 4.基于試驗與分析結(jié)果,本文提出綜合防災(zāi)設(shè)計思想,結(jié)構(gòu)體系在進(jìn)行常規(guī)設(shè)計后,還要進(jìn)行抗倒塌設(shè)計,通過改善結(jié)構(gòu)體系,加強(qiáng)設(shè)計(如支撐構(gòu)件、