RC空间框架填充墙结构的抗连续倒塌能力分析与鲁棒性评定

采用PDA(Pushdown Analysis)和竖向IDA(Increased Dynamic Analysis)方法,对RC空间框架填充墙结构进行竖向连续倒塌的确定性分析和鲁棒性评定。Pushdown分析得出的结果比竖向IDA分析得出的结果大很多,说明对于填充墙结构,静力Pushdown分析过于保守。对RC空间框架填充墙结构的鲁棒性进行了定量分析,发现填充墙对RC空间框架结构的抗竖向连续倒塌能力起到积极的作用,可从一定程度上提高结构的鲁棒性。     

填充墙RC框架结构抗连续性倒塌研究

论文基于备用荷载路径原理,采用非线性静力和非线性动力分析方法,研究了填充墙的布置对框架结构连续性倒塌性能的影响.建立一个4层RC框架结构模型,分别对纯框架结构和考虑填充墙布置的框架结构进行了分析,移除首层框架中柱,分析剩余结构在移除柱后的动力响应.分析结构表明,填充墙不仅能承受一定的竖向荷载,还能增大剩余结构的延性和失效跨内荷载重分配的范围,减小失效点的竖向位移,从而提高了结构的抗连续性倒塌能力.填充墙的不均匀布置对结构抗连续性倒塌性能有明显的消弱作用,在进行结构抗连续性倒塌设计时,应特别注意填充墙的数量和布置方式,避免形成薄弱层.     

填充墙RC框架结构抗连续性倒塌性能数值模拟研究

为研究填充墙钢筋混凝土（RC）框架的抗连续性倒塌性能,对其进行了数值模拟研究。基于LS-DYNA软件,建立了填充墙RC框架的连续性倒塌分析的精细化有限元模型。模型中采用连续面盖帽模型模拟砖砌体,采用接触算法模拟砂浆。通过对4榀1/4缩尺的RC框架（两榀纯框架和两榀带填充墙框架）的Pushdown试验结果进行模拟分析,验证了有限元模型的精度,并分析了填充墙厚度和砌体强度对RC框架抗连续性倒塌性能的影响。分析结果表明：在所有失柱工况中,失去中柱的填充墙RC框架抗连续性倒塌的峰值荷载最大,填充墙对失去中柱的RC框架的提高作用有限;在移除角柱工况下,填充墙RC框架的抗连续性倒塌峰值荷载最小,填充墙对失去角柱的RC框架的提高作用显著。填充墙厚度比砌体强度对RC框架抗连续性倒塌峰值荷载的提升作用影响更为显著。     

开洞填充墙RC框架抗连续倒塌性能研究

为研究边柱失效工况下开洞填充墙钢筋混凝土(RC)框架的抗连续倒塌性能,在实验室制作了一榀1/4缩尺的三层两跨的开洞填充墙框架试件,并对其进行拟静力(Pushdown)加载。试验结果表明：填充墙可以大幅提高RC框架的抗连续倒塌性能,与纯框架相比,开洞填充墙RC框架的初始刚度、峰值荷载和极限荷载分别提高了521%、209%和86%。填充墙作为等效斜压杆传递了部分竖向荷载,使开洞填充墙RC框架的节点水平向外位移较大。此外,基于LS-DYNA软件建立精细化有限元模型和简化压杆模型,有限元分析结果表明：相比于精细化有限元模型,本文所提出的简化压杆模型可以更准确模拟填充墙在连续倒塌过程中的力学行为和抗力曲线,但对再现结构的破坏模式有所欠缺。填充墙的开洞会削弱墙体对RC框架抗连续性能的提升,在开洞率相等时,洞口开在中柱附近时的削弱作用最小;而填充墙开洞率和开洞数量的增加均会降低结构的峰值荷载。     

基于填充墙等效斜压杆模型的钢框架结构连续倒塌分析

填充墙作为钢框架的主要组成部分,对结构的抗连续倒塌性能有一定的影响,但实际工程设计与研究中没有考虑填充墙的影响。在连续倒塌工况下,分析填充墙在钢框架结构的受力情况,提出填充墙的等效压杆模型的极限承载力计算方法及简化方法,得到考虑填充墙作用下塑性铰阶段的失效点竖向承载力。通过有限元分析对已简化的模型进行框架连续倒塌分析,验证计算方法的准确性,探讨填充墙对塑性铰的形成发展、极限承载力值的影响。研究表明,填充墙能有效提高结构抗连续倒塌性能。     

考虑悬链线效应的钢筋混凝土框架结构抗连续倒塌能力分析

为了研究悬链线效应对钢筋混凝土（RC）框架结构抗连续倒塌能力的影响,基于OpenSees建立可以考虑悬链线效应的RC框架宏模型,通过两个RC框架子结构在移除中柱后的竖向承载力试验结果对比,验证了所采用宏模型的合理性,并研究了悬链线效应对RC框架子结构抗连续倒塌能力的影响。分别采用备用荷载路径法中的非线性静力方法和非线性动力方法对1栋10层RC框架结构进行抗连续倒塌能力分析,研究悬链线效应对RC框架整体结构抗连续倒塌能力的影响。结果表明：不考虑悬链线效应的影响将低估RC框架结构的抗连续倒塌能力;在移除底层中柱情况下,不考虑悬链线效应分析得到的荷载放大系数最大值小于2.0,而考虑悬链线效应分析得到的荷载放大系数最大值则超过2.0。     

考虑全填充墙作用的钢筋混凝土框架抗连续倒塌性能分析

为探究钢筋混凝土(RC)全填充墙框架在边中柱失效情况下的抗连续倒塌性能及其承载力计算方法,基于已有试验和有限元程序OpenSees建立宏观有限元数值模型展开研究。数值模型中的梁柱采用基于力的纤维梁单元模拟,填充墙则转化为等效斜撑并用桁架单元进行表征。填充墙宏观模型涉及等效斜撑的宽度、数量和相应材料属性的确定,为此对比了不同等效斜撑模型的适用性,确定了一种连续倒塌工况下全填充墙的宏观模拟方案。进而利用验证的数值模型,揭示全填充墙框架防倒塌的荷载传递机制,并研究了层数和填充墙砌体抗压强度对抗倒塌性能的影响。结果表明：全填充墙框架荷载主要通过墙体对角传递且全填充墙会与周围框架形成一种桁架机制;随填充墙砌体抗压强度降低,结构抗力峰值呈下降趋势。最后,以填充墙和周边框架竖向承载刚度比为基本参数,建立了通过求得填充墙和框架刚度以及纯框架理论弯曲承载力,便可快速评估规则RC填充墙框架防倒塌能力的回归模型。     

全填充墙钢筋混凝土框架不同失效工况下的抗连续倒塌机理研究北大核心

为研究失效工况对全填充墙钢筋混凝土(RC)框架结构抗连续倒塌性能的影响,基于有限元软件ABAQUS,建立了不同失效工况下的全填充墙RC框架的抗连续倒塌分析的精细化有限元模型,选取了合适的本构模型,并与已有的试验研究结果进行了对比,验证了建模方法和本构关系选取的合理性。在此基础上,通过对比分析了不同失效工况下的全填充墙RC框架结构抗连续倒塌的全过程荷载-位移关系、试件的整体破坏模式以及填充墙的局部破坏模式。结果表明:中柱失效工况下全填充墙RC框架的峰值荷载最高,次边柱失效工况下次之,边柱失效工况下最低;全填充墙RC框架边界在强约束作用下,与失效柱相连的框架梁发生破坏,但相邻柱并不发生破坏,且填充墙会形成撑杆效应,而弱约束作用下,试件框架梁和相邻柱均会发生破坏,边界一侧无约束作用下,破坏会向有边界约束侧的相邻跨发生传递。     

基于人工消能塑性铰的装配式RC框架-摇摆墙结构地震易损性分析

为实现装配式RC框架结构损伤可控并提高其耗能能力,提出一种基于人工消能塑性铰的装配式RC框架-摇摆墙(ADPH-RWF)结构,旨在通过摇摆墙提高结构竖向连续刚度,控制框架变形模式,充分发挥梁端人工消能塑性铰的耗能能力。采用OpenSEES软件建立了3个6层整楼有限元模型,进行了静力弹塑性分析及增量动力分析,基于分析结果研究该结构的地震易损性和抗倒塌性能。结果表明：相较RC框架,ADPH-RWF结构承载能力显著提高,层间变形更为均匀;当地震强度较小时,ADPH和ADPH-RWF结构与现浇RC框架易损性相近,而当地震强度较大时,ADPH结构和ADPH-RWF结构的易损性及抗倒塌能力显著强于RC框架。     

地震作用下钢筋混凝土框架结构连续倒塌极限状态可靠度分析

将结构连续倒塌的全概率方法应用于地震作用下的结构整体连续倒塌极限状态可靠度分析,采用构件可靠度方法对结构进行地震作用下最可能失效构件的识别,基于改进点估计法的随机Pushdown方法和随机竖向增量动力分析(竖向IDA)方法,进行完好和损伤结构的概率抗竖向连续倒塌能力分析及参数灵敏度分析。采用整体可靠度方法,分析了损伤结构的竖向连续倒塌条件失效概率。基于系统可靠度理论和全概率方法,分析了RC框架结构发生侧向增量倒塌以及构件地震损伤引起的结构竖向连续倒塌的联合失效概率。分析结果表明,按照我国现行规范设计的钢筋混凝土框架结构具有良好的抗连续倒塌能力。     

Experimental study on separating reinforced concrete infill walls from steel moment frames

In a multistory building frame, stiff reinforced concrete (RC) infill walls may be terminated above the first story for architectural purposes, which may create a soft-first-story structure. To eliminate this detrimental situation, this paper proposes to separate the RC infill wall from the steel moment frame by slits. An experimental program of four one-bay-by-one-story steel moment frame specimens along with pushover analyses of multistory frame models were presented to validate the proposed idea. This study conducted cyclic loading tests on a total of four moment-resisting-frame specimens, which included one bare frame; one with ordinary RC infill wall; and two with side slits between RC wall and frame members. Furthermore, pushover analyses of multistory frame models with soft first story configurations were also conducted to illustrate the effect of RC infill walls with or without slit separation. Both experimental and analytical results showed that the stiff RC infill wall dominated the lateral resistance and drift capacity of the test specimens, and that by adding slit-separated features at the edges of infill walls improved the drift capacity. It is concluded that the slit-separated features can be a viable option to eliminate the soft-story problem caused by vertically irregular configuration of RC infill walls.     

填充墙钢筋混凝土框架结构基于位移的改进抗震设计方法

按现行抗震规范设计的底部空框架填充墙钢筋混凝土框架结构,可能无法实现“强柱弱梁”的预期延性破坏机制。为此,建立了填充墙与主体框架协同作用的等效斜撑-框架模型,改进等效单自由度体系阻尼比与刚度的确定方法,提出了填充墙钢筋混凝土框架结构基于位移的抗震设计方法;针对底部为空框架的填充墙钢筋混凝土框架结构进行不同性能目标下的静力推覆分析,实现其“使用良好”、 “修复后使用”和“防止倒塌”性能水平的抗震设计。采用动力弹塑性时程分析方法和能力谱法验证了基于位移的改进抗震设计方法的有效性。分析表明,应用基于位移的改进抗震设计方法,可综合考虑填充墙对主体框架的利弊作用,实现结构性能抗震设计目标。     

不同连接方式砌体填充墙钢筋混凝土框架抗震性能试验研究

填充墙的构造形式对框架结构的抗震性能影响较大。试验设计了7榀足尺的单层单跨钢筋混凝土框架,其中6榀为带加气混凝土砌块填充墙框架,1榀为空框架,对其进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验。填充墙与框架的连接方式采用柔性连接和刚性连接两种。柔性连接填充墙的变化参数主要包括构造柱的构造形式和数量、框架柱中拉结筋的设置与否和填充墙上设置竖向缝的数量。分析了不同填充墙构造形式框架的破坏特征、荷载 位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化、耗能能力。结果表明：柔性连接填充墙框架的抗震性能介于刚性连接填充墙框架和空框架之间;对于柔性连接填充墙框架,填充墙的构造措施对框架结构的抗震性能有一定的影响,但影响不大。     

Experimental and modeling study on the progressive collapse resistance of a reinforced concrete frame structure under a middle column removal scenario

A reinforced concrete (RC) frame structure is one of the widely used structural system. A localized damage caused by extreme events may lead to progressive collapse of entire structures. In this paper, progressive collapse test of three 1/3‐scaled reinforced concrete frame, including a single‐story without a slab, single‐story with a slab, and double‐story with slabs, are reported. Experimental results show that the progressive collapse process of RC frame consisted of five stages: an elastic stage, yield stage, beam mechanism stage, transient stage and catenary stage. The reinforced concrete slabs contribute to large progressive collapse resistance force compared with the specimen without slab. Furthermore, validation of the test results by using a refined solid finite element model was established. The effect of extensive parameters, including slab thickness, beam section height, seismic design intensity, and so forth, on the progressive collapse performance of RC frame structures was simulated as well. The simulation results indicated that the collapse resistance of RC structures was substantially improved with the increased of the slab thickness and seismic design intensity. Finally, a simplified model is proposed in accordance with experimental and numerical results to calculate the collapse resistance of RC frame structures.     

Behavior and design of reinforced concrete frames retrofitted with steel bracing against progressive collapse

Steel bracing is able to improve progressive collapse resistance of reinforced concrete (RC) frames, but the bracing design is typically based on seismic retrofitting or lateral stability. There is no approach for design of steel bracing against progressive collapse. To this end, a retrofitting approach with steel braces is proposed based on analysis of macro finite element (FE) models with fiber beam elements. The FE models were initially validated through the experimental results of a braced frame and then used to investigate the effects of pertinent parameters on the progressive collapse resistance of planar frames. The results suggest the braces should be placed at the top story. Thereafter, macro FE models are built to investigate the dynamic responses of the three‐dimensional prototype RC frames under different column removal scenarios (CRS) and show the necessity of retrofitting. Accordingly, the design approach of steel bracing is proposed with incremental dynamic analysis (IDA) and assuming independent contribution of braces and frames to resistance. Finally, the fragility analysis of the frames under a corner‐penultimate‐exterior CRS is conducted through IDA and Monte Carlo simulation, and the results confirm the validity of the proposed design approach for retrofitting RC frames.     

汶川地震典型RC框架结构抗倒塌加固效果分析

以汶川地震震中附近的一栋典型RC框架结构为背景,分别采用普通支撑、防屈曲支撑(BRB)和粘滞阻尼器支撑3种加固方案来提高其抗震能力,并采用基于动力增量分析(IDA)的地震倒塌易损性分析方法,对各种加固方案的抗倒塌能力及其影响参数进行了分析。结果表明:以结构抗倒塌能力为目标,粘滞阻尼器支撑加固方案的效果优于BRB加固方案,而BRB方案的加固效果要优于普通支撑加固方案;相同参数情况下,A型支撑布置方案的加固效果优于X型支撑加固。     

基于构件变形的RC剪力墙结构#br# 地震抗倒塌准则对比研究

为确定一种能够较为真实地反映RC剪力墙结构接近倒塌状态的抗倒塌判定准则,该文分别从材料、构件和结构层次选取4种具有代表性的抗倒塌准则(弹塑性层间位移角准则、第一竖向构件失效准则、材料应变准则和结构动力失稳准则)进行对比分析。在不考虑结构的扭转效应前提下,以RC构件变形指标限值为墙肢损坏程度的衡量标准,采用基于IDA的倒塌易损性分析方法对11个典型RC剪力墙结构(考虑不同设防烈度、特征周期和结构高度)进行评估,研究各准则的控制严格程度、倒塌概率、CMR随结构参数变化规律以及墙肢实际性能状态等。研究结果表明：第一竖向构件失效准则可合理地判别RC剪力墙结构的临界倒塌状态,具有合适的控制严格程度。     

多层砌体填充墙框架结构抗震性能试验研究

为了研究砌体填充墙沿框架层不连续布置对框架结构抗震性能的影响,进行了3榀两层单跨砌体填充墙框架结构模型、1榀单层单跨砌体填充墙框架结构模型、1榀两层单跨框架结构模型和1榀单层单跨框架结构模型的对比试验,分析了各试件的破坏特征、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、刚度退化、承载力退化和耗能性能等抗震性能指标。结果表明：无论是单层单跨还是两层单跨的砌体填充墙框架结构,其水平峰值荷载和初始刚度比相应的纯框架结构均有较大幅度的提高,且其刚度退化程度比相应纯框架结构要缓慢;砌体填充墙的存在提高了框架结构的抗侧刚度和水平峰值荷载,使框架结构的变形由剪切型逐渐转变为弯剪型;砌体填充墙参与了结构的滞回耗能,填充墙框架的位移延性和累积耗能能力明显优于框架;砌体填充墙沿框架层不连续布置会引起框架结构层间侧移刚度和层间受剪承载力发生突变,影响框架结构的破坏形态,但由于砌体填充墙参与了框架结构的滞回耗能,故其仍具有较好的抗震性能。     

填充墙外廊式RC框架结构倒塌振动台试验研究

为研究外廊式RC框架结构体系中填充墙对结构抗地震倒塌性能的影响,以汶川地震中倒塌的漩口中学教学楼为原型,进行了一个缩尺比例为1∶4的外廊式框架结构模型振动台试验,得到了结构地震倒塌的全过程现象和破坏倒塌机制。试验结果表明：模型结构在振动台上的倒塌始于结构底层教室侧纵向框架柱的破坏,该侧框架柱破坏位置集中在柱端和半高填充墙位置处,形成明显塑性铰;之后,纵向另外两榀框架柱相继失效,造成结构底层率先倒塌,继而产生更大范围的逐层连续倒塌,与实际震害的倒塌模式基本一致。进一步利用ABAQUS有限元软件,建立了有无填充墙外廊式框架结构的数值模型,进行了底层柱剪力和塑性铰分布情况分析,结果表明,半高填充墙对柱的约束效应对结构损伤分布和破坏机制产生较大影响,建议在设计中应考虑填充墙的刚度,避免半高填充墙与柱的硬连接布置。