異形柱結構倒塌機制和防控關鍵技術研究

《異形柱結構倒塌機制和防控關鍵技術研究》是依託天津大學，由王鐵成擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：異形柱結構倒塌機制和防控關鍵技術研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王鐵成
• 依託單位：天津大學

項目摘要

混凝土異形柱結構多用於住宅建築，由於異形柱結構柱肢較矩形柱薄弱，在意外事件發生時可能由於柱肢毀損引起整體結構的連續倒塌，因此異形柱結構的災變防控和安全性評價尤為重要。本項目結合混凝土異形柱結構的特點，進行異形柱空間結構倒塌試驗，分析結構的倒塌過程和結構倒塌衝擊的動力特徵，研究結構動力倒塌機制。通過混凝土異形柱結構倒塌過程精細化建模的動力分析，判定異形柱結構關鍵構件，研究倒塌傳力途徑、動力效應、倒塌判定標準及倒塌防控參數，建立倒塌破壞的防控措施和設計原則。項目對提高我國異形柱結構的抗災能力和倒塌防控具有重要理論和工程套用意義，也為混凝土異形柱結構相關規程條文的制定及結構抗連續倒塌研究提供試驗和理論參考。

結題摘要

目前，國內外學者對異形柱結構的研究都主要針對異形柱構件、節點和異形柱框架的受力性能和抗震性能，對異形柱結構抗倒塌性能的研究尚屬空白。異形柱結構與矩形柱結構是柱截面形式不同的兩種不同結構體系，相對於柱截面形狀相對規則、簡單並且具有對稱性的矩形柱結構，異形柱框架結構柱截面形狀不規則，受力性能也更加複雜。而異形柱框架結構多用於住宅建築，一旦發生倒塌勢必會造成嚴重的生命財產損失。本項目首先採用試驗研究和有限元分析對比的方法研究配置不同強度鋼筋異形柱的抗震性能和延性。研究結果表明：在異形柱中配置高強鋼筋可以顯著提高構件的承載力，提升構件的變形能力，同時試件的耗能能力和累積損傷發展性能也得到改善，具有較好的抗倒塌能力。在此基礎上為了研究多層空間鋼筋混凝土異形柱框架結構在豎向承重構件失效時的抗倒塌性能和破壞機理，按照我國規範以1:3的縮尺比例設計製作了一個2層2×3跨的鋼筋混凝土異形柱框架結構模型，對底層短邊中柱和角柱失效工況下結構的抗倒塌能力分別進行動力撤柱試驗和荷載作用下的靜力倒塌試驗，通過試驗研究和理論分析研究異形柱結構的抗倒塌性能和異形柱結構倒塌過程中的破壞機理及其抗倒塌機制。試驗研究表明，根據現行規範設計的混凝土異形柱框架在底層柱失效後具有較強的抗倒塌能力，樑柱節點是異形柱框架抵抗倒塌的薄弱部位，需要進一步加強。在上述試驗研究的基礎上提出了異形柱框架結構抗倒塌承載力的簡化計算方法，採用此方法對類似的混凝土異形柱框架結構進行抗倒塌承載力估算，提出評估混凝土異形柱框架魯棒性的量化方法，可根據確定的撤柱順序來計算對應的魯棒性指標，通過混凝土異形柱框架結構有限元分析模型對試驗框架抗倒塌性能進行分析，分析結果與試驗結果吻合良好，在此基礎上完成的有限元分析結果表明，提高抗震設防烈度可以顯著增強異形柱框架的抗倒塌能力，在同樣的設計與使用條件下，配筋相同的異形柱框架結構和矩形柱框架結構的抗倒塌能力相當。