节点对钢框架—组合楼板结构抗连续倒塌性能影响分析

发布时间：2020-04-14 04:59

【摘要】：偶然性荷载的作用可能导致结构中某些承重构件发生破坏进而引发结构的连续倒塌,造成很严重的生命财产损失并产生恶劣的社会影响。因此越来越多的研究人员开始关注结构的抗连续性倒塌能力。当结构中竖向承重构件失效后,原有的传力路径被破坏,剩余结构通过节点和与失效柱相连的梁形成有效的拉结作用,对内力重新分配,此时节点的性能对结构拉结作用的发挥具有重要的影响。但大部分的节点试验研究都基于单个构件或者平面框架。而在实际结构受力情况下,节点的性能对楼板等抗力机制均会产生影响。针对近几年有部分学者进行三维整体结构试验多是采用中柱失效情况下的研究,本文将在边柱失效的情况下,通过改变结构的节点形式进行两组钢框架-组合楼板抗连续倒塌试验研究,为以后有限元模拟与理论研究提供一定的试验基础。课题依托的科研项目:“钢结构体系的防灾减灾设计理论及工程应用”,中华人民共和国可以技术部项目(项目号:2016yfc070123)。具体包括以下三部分内容:(1)进行两组节点形式不同钢框架-组合楼板边柱失效工况下结构的抗连续倒塌性能试验,将结构连续倒塌过程分为小变形阶段、过渡阶段、大变形阶段三个阶段,并分析边柱失效工况下三维整体结构不同阶段整体响应与破坏模式。对比两组节点形式不同的三维整体结构的整体性和稳定性,提出建筑设计的参考意见。(2)通过获得的试验数据进行整理分析,将结构抗弯机制、悬链线机制、楼板薄膜机制量化分离,分析各机制贡献情况。同时分析在边柱失效工况下结构在抗倒塌过程中内力重分布状态。节点的变形能力与转动能力直接影响结构的破坏形式与结构延性强度与变形能力。所以选择转动能力与变形能力良好的节点,能够使结构发生延性破坏,在大变形阶段仍能更好的承载,悬索机制也可以更好的发挥作用;同样采用节点刚度好节点可以有效提高结构极限承载力;若节点变形能力较差,像剪切板节点,会发生螺栓剪切断裂造成结构出现突然性的,毫无征兆的破坏,具有明显的脆性破坏特征,因此实际工程应给予考虑。本文建议实际工程中梁柱节点采用栓焊混合连接节点,次梁节点采用双角钢节点,结构具有更好的抗连续倒塌性能。(3)采用Izzuddin简化法计算边柱失效工况下三维整体结构动力反应,给出结构建议动力放大系数值。并对比不同节点形式下三维楼板整体结构动力响应,发现在结构小变形阶段节点形式对动力放大系数的取值影响不大,在结构大变形阶段,抗力机制并没有提高结构抗动力响应。因此本文建议栓焊混合连接节点-剪切板节点三维整体结构基于力求得的动力放大系数按保守值取2.0,基于位移的动力放大系数建议取3.64,狗骨式节点-双角钢节点三维整体结构基于力求得的动力放大系数按保守值取2.0,基于位移的动力放大系数建议取3.02。本文创新点如下:1)首次进行边柱失效工况下栓焊混合连接、狗骨式、双角钢和剪切板节点形式对钢框架-组合楼板三维整体结构抗连续倒塌性能研究;2)首次对栓焊混合连接节点-剪切板节点三维整体结构和狗骨式节点-双角钢节点三维整体结构边柱失效工况下给出动力放大系数估算值。
【图文】：

重庆大学硕士学位论文事件很大程度的引起了学者对结构连续倒塌问题的关注。另一个具有里程碑意义的事件是 Alfred P.Murrah 办公大楼倒塌事件[5]。1995 4 月 19 日，位于美国俄克拉荷马城中心的 AlfredP.Murrah 联邦政府办公大楼遭恐怖袭击。一辆装满燃油的卡车炸弹冲向大楼，引发爆炸。爆炸直接破坏了结构层一根边柱，与该边柱相邻两根结构柱也受到了严重的剪切破坏，并且该区域上的楼板也受到了不同程度的破坏。由于楼盖拉结作用和底层柱支撑作用的严重弱导致承受双跨荷载的底层转换梁失效，进而导致该转换梁上部支承的柱子也效，并进一步引起周围结构的连续倒塌破坏，最终导致该建筑结构 50%的面积塌，，如图 1.2 所示。AlfredP.Murrah 办公大楼倒塌事件让更多的工程师学者意识连续倒塌在结构安全问题上的严重性，并且有必要在结构设计时系统的进行抗续倒塌设计。随后美国总务部（GSA）和国防部（DoD）分别颁布了 GSA 标准 DoD 标准专门用于建筑结构抗连续性倒塌设计。

联邦政府,办公大楼

重庆大学硕士学位论文事件很大程度的引起了学者对结构连续倒塌问题的关注。另一个具有里程碑意义的事件是 Alfred P.Murrah 办公大楼倒塌事件[5]。1995 4 月 19 日，位于美国俄克拉荷马城中心的 AlfredP.Murrah 联邦政府办公大楼遭恐怖袭击。一辆装满燃油的卡车炸弹冲向大楼，引发爆炸。爆炸直接破坏了结构层一根边柱，与该边柱相邻两根结构柱也受到了严重的剪切破坏，并且该区域上的楼板也受到了不同程度的破坏。由于楼盖拉结作用和底层柱支撑作用的严重弱导致承受双跨荷载的底层转换梁失效，进而导致该转换梁上部支承的柱子也效，并进一步引起周围结构的连续倒塌破坏，最终导致该建筑结构 50%的面积塌，如图 1.2 所示。AlfredP.Murrah 办公大楼倒塌事件让更多的工程师学者意识连续倒塌在结构安全问题上的严重性，并且有必要在结构设计时系统的进行抗续倒塌设计。随后美国总务部（GSA）和国防部（DoD）分别颁布了 GSA 标准 DoD 标准专门用于建筑结构抗连续性倒塌设计。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.9;TU312.3

【参考文献】