装配整体式混凝土框架角柱失效下的子结构抗连续倒塌试验研究

发布时间：2020-04-14 10:32

【摘要】：装配整体式混凝土框架结构因其良好的经济性能和环境效益而逐渐在工程领域得到广泛的应用,现有研究主要针对其抗震性能展开,而对其在偶然荷载作用下的抗倒塌性能研究则相对较少。因此,本文通过对装配整体式混凝土框架进行角柱失效工况下的子结构抗倒塌试验研究和理论分析,研究装配整体式框架子结构的抗倒塌性能、倒塌过程中的破坏机理及其抗倒塌机制。具体的研究工作及结论如下:本试验共设计制作了4个1:2缩尺的混凝土框架角部区域梁柱子结构试件,包括1个现浇梁试件、2个装配整体式梁试件和1个装配整体式框架试件,在不对失效角柱节点进行额外约束的条件下,通过按位移控制的拟静力加载方式对4个试件进行单调加载。结果表明:混凝土框架角柱失效后,子结构的破坏过程为:截面开裂,受拉纵筋屈服形成塑性铰,混凝土压碎,钢筋拉断。与失效角柱相连框架梁的破坏集中在靠近边柱的梁端部位置和梁顶部纵筋截断位置,梁跨中至角柱区段未发生明显的开裂和变形。根据抗倒塌拟静力试验结果,角区子结构的整个加载过程可以划分为弹塑性阶段、塑性发展阶段以及倒塌阶段三个工作阶段。混凝土框架角柱失效后,由于缺乏水平约束,未出现明显的压拱机制与悬索机制,结构抗倒塌的主要工作机制为空腹机制和梁机制。空腹机制的内力重分布效应在弹塑性阶段的末期达到最大,在塑性发展阶段,空腹机制的作用逐渐减弱,框架梁的受力状态与悬臂梁接近。通过对装配与现浇、框架梁箍筋加密与非加密、框架试件与梁试件三组对比试验的结果进行对比,得到以下结论:装配整体式试件的破坏形态及荷载-位移全过程曲线与现浇试件无明显差异,装配整体式框架的抗倒塌性能可以认为等同现浇;在靠近边柱的梁端部和纵向钢筋截断位置进行箍筋加密,可以避免梁底受压钢筋的屈曲,有效提高结构的抗倒塌承载力;由于角区子结构缺乏水平约束,其抗倒塌能力对支座约束刚度的变化不敏感,框架试件与梁试件的抗倒塌能力未出现明显差异。由于在倒塌阶段子结构未出现第二个荷载峰值点,本文重点对倒塌阶段前的结构抗倒塌能力进行了理论分析。在试验的基础上,通过合理假定,提出了考虑空腹机制的双塑性铰简化模型,推导了荷载-位移曲线上2个特征点(钢筋屈服点、承载力临界点)的承载力及位移的计算公式。用该模型来计算钢筋屈服点及承载力临界点的承载力和位移均具有较高的精度,建立以上2个特征点为转折点的折线模型,与试验荷载-位移曲线吻合较好。在该模型的基础上,研究了纵筋配筋率及纵筋截断位置对抗倒塌能力的影响,结果表明提高顶部纵筋配筋率可以提高结构抗倒塌能力;将靠近边柱的顶部纵筋截断位置延长至跨中截面,结构的抗倒塌承载力可以得到充分的发挥。
【图文】：

倒塌事故

一户内发生了煤气爆炸，导致了该区域第 19 层至 22 层的局部墙板坠落坍塌，下层构件在的冲击过程中发生了连续坍塌破坏，直至底层现浇结构。此次倒塌事故共导致了 4 人死亡伤，引起了国际结构工程界的激烈讨论[2]。1995 年，美国俄克拉荷马州 Alfred P.Murrah 联楼（9 层混凝土框架结构）在遭受恐怖分子汽车炸弹袭击后，底层三根柱发生了严重破坏，引起了上层柱和楼板的连续倒塌，直至整个大楼的北部完全坍塌，共造成 168 人死亡，851此次事件让工程界逐渐意识对到建筑物进行抗连续倒塌设计的必要性[3]。因此，美国总务部部[5]分别发布了专门的抗倒塌设计规范。2001 年，纽约世界贸易中心遭受飞机撞击，机内的大火导致了大楼钢结构的失稳，撞击层上部楼层的倒塌对下层结构的撞击使整个结构发倒塌，此次事件造成了约 3200 人死亡或失踪，对美国的经济损失达 2000 亿美元，此次事起了工程界的广泛关注，由此掀起了结构抗倒塌领域研究的热潮[6]。在我国国内也曾发生过倒塌事故，例如，2001 年河北省石家庄市一栋居民楼被炸弹袭击发生倒塌，导致了 108 人死3 年，湖南省衡阳市衡州大厦在火灾后发生了连续倒塌，大厦西北角的两个单元完全垮塌，在灭火的 20 名消防武警官兵死亡。从以上案例可以看出，，虽然偶然荷载出现的概率不高，但意外一旦发生则将造成极大的生失，后果难以估量，提出科学有效的抗连续倒塌设计方法已成为迫切需要解决的问题。

混凝土结构,装配式建筑,装配式混凝土结构

从而可以加快资金周转速度，创造更高效益。其次，装配式混凝土结构具有突量效益，传统现浇结构依赖工人现场手工操作，成品质量不易控制，工厂预制与现场现浇相够保证构件质量的稳定。第三是装配式混凝土结构具有显著的环境效益，工厂预制现场安装方式有效减少了施工现场对周边的粉尘和噪声污染，减少了施工过程中产生的建筑垃圾对城的影响。近年来，预制装配式混凝土结构得到了大量的工程应用，以南京市为例：南京迈皋桥红太广场为 4 层框架结构，使用现浇柱、预制预应力混凝土叠合梁、叠合板，仅用 56 天即全部完平米的主体结构施工；南京上坊保障房项目通过使用全预制装配整体式框架-钢支撑结构，无外脚手架、无现场砌筑、无抹灰的绿色施工；南京丁家庄保障房项目通过使用预制剪力墙墙保温层、装饰面板合为一体，缩短施工工期近 100 天。2015 年住房与城乡建设部《我国建现代化发展纲要》明确提出，到 2020 年，装配式建筑占新建建筑的比例 20%以上，到 2025 配式建筑占新建建筑的比例 50%以上。2016 年 9 月国务院发布了《国务院办公厅关于大力发式建筑的指导意见》，要求按照适用、经济、安全、绿色、美观的要求，推动建造方式创新，展装配式混凝土建筑和钢结构建筑，不断提高装配式建筑在新建建筑中的比例。因此，装配是未来发展的趋势。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU37

【相似文献】