【摘 要】
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RC框架结构作为广泛使用的一种建筑结构,在服役期间可能会遭受意外事件作用,造成结构的连续性倒塌。倒塌过程经历了梁机制阶段(弹性阶段和压拱阶段)以及悬链线阶段。悬链线机制是抵御结构倒塌的最后一道防线,采用适当的构造方法提升悬链线机制的承载能力和耗能能力是提高RC结构抵抗连续性倒塌能力的一个有效途径。考虑悬链线效应的荷载—位移曲线具有双峰值点的特征,即压拱机制峰值点和悬链线效应峰值点。传统的结构鲁棒性
【基金项目】
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国家自然科学基金青年项目“考虑压拱和悬链线效应的RC框架结构反映修正系数研究”(编号:51508099); 国家自然科学基金“FRP加固非延性钢筋混凝土框架结构抗倒塌性能分析与评定”(编号:51408131); 福建省科技厅自然科学基金面上项目“装配整体式混凝土结构连续倒塌机理研究”(编号:2017J01672);
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RC框架结构作为广泛使用的一种建筑结构,在服役期间可能会遭受意外事件作用,造成结构的连续性倒塌。倒塌过程经历了梁机制阶段(弹性阶段和压拱阶段)以及悬链线阶段。悬链线机制是抵御结构倒塌的最后一道防线,采用适当的构造方法提升悬链线机制的承载能力和耗能能力是提高RC结构抵抗连续性倒塌能力的一个有效途径。考虑悬链线效应的荷载—位移曲线具有双峰值点的特征,即压拱机制峰值点和悬链线效应峰值点。传统的结构鲁棒性评价方法仅在第一个峰值点的基础上对结构进行抗倒塌能力的评价,无法真实反映结构倒塌的机理。结构的倒塌是一个动态过程,因此本文基于结构倒塌的机理,提出了一个基于能量观点的考虑悬链线效应的RC框架结构的鲁棒性评价方法。主要的研究内容和结论如下:(1)为了研究梁上部钢筋是否截断对悬链线效应的影响,设计了两榀单层四跨的RC平面框架。采用MTS电液伺服加载系统开展了模拟中柱失效结构的倒塌机理试验。得到了各框架的破坏模式、荷载—位移曲线以及钢筋应变等试验数据。试验结果显示,框架梁顶部钢筋是否截断对RC框架结构梁机制阶段的峰值承载力和耗能能力没有影响,但其对悬链线机制作用阶段的峰值承载力和延性的影响较大。尽管两个框架在悬链线阶段均具有较高的承载能力和延性,但梁内上部钢筋均为贯通钢筋的框架在悬链线阶段的峰值抗力达到了67.75k N,比截断框架提高了46%,延性提高了37%。(2)为了更深入的研究RC框架结构的倒塌机理,并为结构鲁棒性系数研究奠定基础,根据试验结果对ABAQUS有限元模型进行了验证与校准。基于验证后的模型,建立了15个三层四跨的RC平面框架进行不同层数的中柱失效、梁内下部钢筋配筋率和梁内上部钢筋配筋率等三个参数的参数分析。研究表明:当失效柱所在楼层越低,悬链线效应越难发挥作用;梁内下部钢筋配筋率的提高对悬链线效应没有正面影响,当配筋率过高时反而会削弱结构的悬链线效应;梁内上部钢筋配筋率的提升可以显著增强结构的悬链线效应。悬链效应阶段消耗的能量至少占倒塌全过程消耗总能量的70%,评价结构的鲁棒性时应考虑悬链线效应的作用。(3)为了评定结构抗连续性倒塌的能力,本文引入了鲁棒性的概念。提出了考虑悬链线效应的基于能量观点的鲁棒性评价指标,并通过几个典型的算例详细介绍了鲁棒性系数的计算方法,通过分析对比了所建模型的鲁棒性系数,提出了改善结构鲁棒性的措施。
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