鋼筋混凝土板柱結構抗倒塌性能研究

中文摘要

鋼筋混凝土板柱結構是倉庫、住宅、車庫、辦公樓等建築常用的結構形式之一，但板柱節點的沖切破壞構成板柱結構的薄弱環節。地震震害和工程事故表明，這一薄弱環節有可能導致板柱結構在偶然荷載下發生連續倒塌破壞。本項目在結構體系綜合防災的背景下，以避免鋼筋混凝土板柱結構連續倒塌破壞為目標，設計鋼筋混凝土板柱結構模型和延性板柱節點試驗方案，分別考慮結構底層柱破壞和節點破壞可能導致的結構連續倒塌。引入約束混凝土的概念，設計延性板柱節點及試驗方案。通過提高板柱節點延性，實現提高鋼筋混凝土板柱結構整體抗倒塌性能的目的。在試驗研究的基礎上，分析底層柱或板柱節點失效後，荷載傳遞路徑的變化，提出簡化的板柱結構抗倒塌分析方法。採用馬爾科夫鏈隨機模型，引入區間變數，分析板柱結構體系的失效機率，並以此為基礎，結合鋼筋混凝土板柱結構抗震設計的構造措施，提出鋼筋混凝土板柱結構抗倒塌設計的基本框架。

結題摘要

板柱結構體系是常用的建築結構形式，因具有良好的經濟效益得到廣泛套用。地震震害和工程事故表明，板柱節點沖切破壞是導致其連續倒塌破壞的潛在危險因素。本項目以避免板柱結構連續倒塌破壞為目標，設計模型和延性節點試驗，分別考慮底層柱和節點破壞可能導致的連續倒塌，為完善板柱結構抗連續倒塌設計提供參考。項目完成的主要研究如下: 1.採用擬靜力試驗方法模擬板柱結構底層柱突然失效，基於試驗結果研究連續倒塌過程中的破壞過程和受力狀態，揭示了結構在底層柱或節點破壞後能夠形成新的荷載傳遞路徑和傳力機制，板的壓力、拉力薄膜作用分別發揮不同程度的作用，在底層柱失效後提供高於屈服線承載力的抗倒塌能力，有限平面剛度提供的壓膜作用使得結構極限承載力明顯大於塑性鉸線值。同時，對關鍵子結構進行模態試驗，結果表明：隨混凝土齡期增長，各階頻率也相應增大，溫度變化影響較小，依據試驗結果和有限元模擬對結構進行參數識別和損傷診斷，為板柱結構的損傷診斷提供參考和依據。 2.完成以有無柱頭、混凝土強度等試驗變數的22塊單向板試驗，結果表明：剪跨比對破壞模式具有顯著影響，柱頭和配筋率對極限承載力的影響隨混凝土強度不同而存在差異，提高混凝土強度、配筋率、降低剪跨比能提高極限承載力，並提出能夠準確預測無腹筋細長梁抗剪承載力的計算公式。 3.完成16塊軸心荷載、軸心和偏心荷載共同作用下的板柱節點試驗研究，比較混凝土強度、配筋率等因素對沖切承載力的影響。結果表明：偏載作用下，構件承載力明顯降低，臨界破壞面呈明顯的不對稱，提高混凝土強度和配筋率能夠提高抗沖切承載力，增大剪跨比構件延性提高，承載力下降，對於混凝土強度較低的構件該效果更加顯著。 4.採用ABAQUS和ATENA對板柱結構進行有限元模擬，建立有限元模型並對試驗的整個過程進行模擬，針對相關參數進行計算，模擬結果與試驗現象吻合良好且具有足夠精度，驗證了有限元分析對板柱結構抗連續倒塌模擬的可行性。 5.採用拆除構件法對關鍵子結構進行計算，採用塑性極限荷載法評估框架結構發生初始破壞後的抗連續倒塌能力，據此提出板柱結構抗倒塌設計流程。建立抗沖切試驗資料庫，基於回歸分析方法推導出沖切承載力計算公式，並按照R-F法和蒙特卡洛法對抗力可靠指標進行分析。基於試驗和有限元計算的板端塑性轉角值，建立板柱結構抗倒塌設計的臨界判定標準，提出板柱結構抗倒塌設計的基本框架。項目後續研

鋼筋混凝土板柱結構抗倒塌性能研究

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