基于楼板薄膜效应的钢框架抗连续倒塌研究

组合楼板作为钢框架结构的主要构件,在支撑柱失效情况下能产生很大的挠度,进而产生薄膜效应影响结构的抗连续倒塌性能。通过研究楼板挠曲悬链线阶段组合楼板薄膜效应对多层钢框架抗连续倒塌性能的影响,分析组合楼板在连续倒塌过程中的受力,提出考虑楼板薄膜效应的结构承载力计算方法。通过有限元分析软件进行框架连续倒塌分析,验证计算方法的准确性,探讨楼板对塑性铰发展、结构极限承载力、失效点位移的影响。研究表明:组合楼板能显著提高结构的抗连续倒塌性能。     

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。     

中柱失效工况下钢框架结构倒塌全过程分析

正本文选取钢框架结构为研究对象,考虑了材料的损伤性能以及组合楼板中各组件之间的复杂接触行为,采用ABAQUS建立了压型钢板组合楼板钢框架结构精细化有限元模型;同时以中柱失效工况为例,对其进行了全过程倒塌分析,揭示了钢框架结构抗连续倒塌受力机理,分析了各部件在倒塌过程中的抗力机制。1ABAQUS有限元模型建立本文将结合压型钢板组合楼板梁板子结构的壳-实体有限元模型对ABAQUS有限元建模方法、非线性材料     

考虑楼板作用的钢框架抗连续倒塌动力分析

为研究考虑楼板作用的钢框架抗连续倒塌动力性能,运用结构动力学原理对简化力学模型进行理论分析,研究支撑柱失效时间与结构动力响应的关系,基于SAP 2000平台对考虑和不考虑组合楼板的钢框架有限元模型进行弹塑性动力反应分析,研究柱不同失效时间对失效点位移、振动频率等方面的影响。通过提出组合楼板薄膜效应对结构抗力提高系数ψ,量化组合楼板在连续倒塌过程中所起作用。结果表明:剩余结构动力响应随着柱不同的失效时间而变化,当失效时间为竖向自振周期的10%时,动力效应最大;组合楼板的存在能大大降低结构的最大动力响应,明显减小失效点位移,通过拉力薄膜效应可提高结构抗力至原来的1.6倍左右。     

组合楼板对空间钢框架结构的抗连续倒塌能力影响研究

采用GSA2003对规则钢框架结构抽柱的位置建议,模拟抽取角柱工况,分别从传力路径、剩余结构承载力储备角度对纯框架结构及含楼板结构进行了连续倒塌分析评估。并对两结构进行了非线性静力及动力分析,以期为钢框架结构抗连续倒塌研究提供一定参考依据。结果表明:在连续倒塌分析中,组合楼板能加速新传力路径的形成,降低剩余结构的竖向振动幅度,提高剩余结构承载力储备,改善钢框架结构抗连续倒塌性能;非线性动力分析较非线性静力分析耗时,建议可采用能力曲线代替结构抗连续倒塌动力分析。     

楼板对RC框架结构抗连续倒塌性能的影响

楼板作为框架结构的重要组成构件,在结构抗连续倒塌中有重要作用。采用有限元ABAQUS非线性拟静力分析法,模拟两层2×1跨框架结构长边中柱失效以后结构连续倒塌的反应,对比分析考虑与不考虑楼板作用时,RC框架结构连续倒塌的情形,研究楼板对RC框架结构连续倒塌的影响。结果表明:楼板可以显著改善结构的刚度,提高结构的整体性,并延缓梁的铰链出现,提高结构的抗连续倒塌性能。     

地震作用下钢框架结构抗竖向连续倒塌可靠度分析

为了对偶然荷载作用下结构的抗连续性倒塌进行可靠度研究,采用OpenSEES软件建立钢框架连续倒塌分析数值模型,考虑到钢框架结构材料和荷载的不确定性,使用拉丁超立方抽样方法生成钢框架结构随机样本,并采用随机Pushover算法对钢框架结构进行分析,计算得到X、Y两个方向不同地震水平下各钢柱承载能力及变形能力的可靠度指标,根据抗震可靠度相关理论确定目标可靠度指标,通过比较各柱的可靠度指标和目标可靠度,对结构在地震作用下最可能失效构件进行识别。基于所识别的最可能失效构件,结合所生成的100组钢框架结构随机样本,采用拆除构件法对钢框架结构在单柱失效和多柱失效等工况下进行抗连续倒塌IDA分析,得到随机IDA分析曲线。通过结构连续倒塌极限状态方程,计算得到损伤结构发生连续倒塌的概率及连续倒塌条件可靠度指标。采用基于风险的结构连续倒塌概率表达式,分析地震作用下钢框架结构发生局部破坏后的连续倒塌全概率可靠度,为准确评价钢框架结构在地震作用下的抗连续倒塌能力提供依据。     

地震作用下钢框架结构竖向连续倒塌可靠度分析

通过建立典型钢框架的连续倒塌分析数值模型,使用拉丁超立方抽样方法抽取随机样本进行可靠度分析,考虑结构参数的不确定性影响,确定完好结构在地震作用下发生局部损坏的概率。以大震作用下可靠度指标最小的构件作为结构的失效构件,基于整体可靠度方法,采用拆除构件法对失效构件进行拆除并施加地震荷载进行分析,得到不同失效模式下受损结构发生连续倒塌条件可靠度指标和失效概率。最后结合失效构件的失效概率,研究结构在地震作用下的连续倒塌全概率可靠度。研究表明,运用可靠度理论对钢框架结构进行连续倒塌可靠度分析,可以直观地得到地震作用下钢框架结构发生连续倒塌的概率,为准确评价钢框架结构在地震作用下的抗连续倒塌能力提供依据。     

考虑楼板效应的钢框架结构连续倒塌分析

基于抽柱法对GSA2003建议的角柱失效、边柱失效及内柱失效三种工况对一钢框架结构进行了连续倒塌模拟。通过对比不同失效时间这三种工况下剩余结构竖向位移时程曲线、静力及动力荷载作用下抗力提高系数曲线来探究楼板对结构抗连续倒塌能力的影响。以1/10剩余结构竖向自振周期T_2/10为失效时间,探究在抽柱后,楼板对剩余结构传力路径的影响作用。结果表明:失效时间越短,纯框架结构振动响应越明显,含楼板结构仅在角柱失效工况下失效时间对结构振动响应影响明显;以T_2/10可较好的反映构件失效后剩余结构动力响应,忽略楼板作用可能低估结构抗连续倒塌能力,边柱失效及内柱失效工况下楼板对结构抗连续倒塌能力改善较明显;通过抗力提高系数R可知,失效时间较长时,动力分析与静力分析结构比较接近,可采用静力分析代替动力分析;楼板加速结构新传力路径的形成,提高了结构整体稳定性,提高了结构的抗连续倒塌能力。     

楼板对结构抗连续倒塌能力的影响

建筑结构在意外事件情况时的连续倒塌问题,已成为国内外土木工程学科的研究热点。楼板作为主要的结构构件,对结构的整体性有重要贡献,对结构的抗连续倒塌能力产生较大影响,但现有建筑结构抗连续倒塌研究往往并没有考虑楼板的影响。本文参考美国国防部编制的DoD 2005《结构抗连续倒塌设计》提供的设计流程,对按照我国现行规范设计的8层钢筋混凝土框架进行了连续倒塌仿真分析,通过比较带楼板和不带楼板的2栋框架结构倒塌仿真计算结果,研究了楼板对整体结构抗连续倒塌能力的影响,得到了楼板可对框架结构的抗连续倒塌能力有较大提高的结论。     

压型钢板稻草板组合楼板力学性能

在稻草板基础上提出了一种新型组合楼板形式,将稻草板和压型钢板通过自攻螺钉连接形成组合楼板,并对组合楼板进行了抗弯性能研究.试验测试了各级荷载作用下压型钢板及稻草板中的应变和组合楼板挠度,观察了组合楼板的破坏过程及破坏形态,探讨了组合楼板破坏机理及组合效应,获得了组合楼板的极限抗弯承载力.结果表明:试验所采用的组合方式比较合理,组合效应良好,楼板有较大的承载力,可以作为房屋楼板使用.在试验研究和理论分析基础上,提出了组合楼板极限承载力公式与变形计算公式,试验结果和理论计算结果吻合良好,验证了计算公式的可行性.     

圆钢管混凝土柱-钢筋桁架组合梁节点抗连续倒塌机制及参数分析

为研究钢筋桁架组合梁对钢管混凝土结构抗连续倒塌性能的影响,采用ABAQUS建立圆钢管混凝土柱-钢筋桁架组合梁节点数值模型,分析中柱失效工况下该类节点的破坏机理和抗力计算曲线,以及钢筋桁架高度、混凝土强度、钢筋强度等主要参数对组合节点抗连续倒塌能力的影响。结果表明:相比钢管混凝土柱-RC组合梁节点,钢筋桁架组合梁节点的梁机制和悬链线机制峰值承载力分别提高了12.5%和10%; 因钢筋桁架在下弦钢筋屈服后上弦钢筋仍可以提供拉力,使得钢梁下翼缘断裂后承载力可以继续提高,表现出良好的抗连续倒塌能力; 钢筋桁架高度和钢筋桁架钢筋强度主要对节点梁机制峰值承载力与极限承载力提升较显著,对悬链线机制峰值承载力影响较小,楼板混凝土强度对节点各阶段的承载力影响较小,并且会降低节点延性; 综合对比分析不同参数下节点的抗力指标和位移延性指标发现,增加钢筋桁架高度和钢筋强度对节点的抗连续倒塌极限承载力具有有利影响,在工程设计和应用中应予以考虑。     

压型钢板-竹胶板组合楼板的力学性能试验研究

为拓宽竹材的应用范围,实现建筑结构构件材料和形式的多样化,本文在阐述竹材的构造和力学性能以及竹材改性产品的基础上提出了一种新型的组合楼板──将竹胶板与压型钢板用结构胶粘结成为压型钢板-竹胶板组合楼板,并针对这一新型组合楼板进行了试验研究及理论分析。以竹胶板厚度、芯部压型钢板厚度及组合楼板跨度为参数进行了6块组合楼板的力学性能试验。结果表明,压型钢板-竹胶板组合楼板的整体工作性能优良,竹胶板与钢板之间具有很好的组合效应,能够提供较高的承载力和刚度,其力学性能可以满足作为建筑楼板的需要。根据组合楼板在正常使用阶段的变形范围内呈现出理想弹性性能的试验结果,提出了组合楼板抗弯刚度的计算方法;根据破坏阶段的应力状态提出了组合楼板极限受弯承载力计算方法,据此计算的组合楼板跨中挠度及受弯承载力的计算值与试验值吻合较好。     

方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能试验研究

为了研究组合梁对方钢管混凝土柱-组合梁框架抗连续倒塌性能的影响,设计了带有混凝土现浇楼板方钢管混凝土柱-组合梁框架(CFSTCBF)及不带楼板的方钢管混凝土柱-钢梁框架(CFSTSBF),采用拆除构件法对两个试件的抗连续倒塌性能进行竖向加载试验研究,对其在中柱失效工况下的破坏模式、受力机理以及主要的抗力机制进行分析,同时对现浇混凝土楼板和节点在连续倒塌过程中的性能进行探讨。研究表明：两个试件的破坏均是由正弯矩区钢梁破坏引起,结构的倒塌阶段可分为弹塑性阶段、塑性阶段、过渡阶段和悬链线阶段,压拱机制和悬链线机制均能改善结构的抗倒塌性能;混凝土楼板可以有效增强结构的承载能力,提高结构的初始转动刚度,但在改善结构变形能力方面的作用较弱。     

压型钢板-混凝土组合楼板粘结试验研究

压型钢板-混凝土组合楼板因其具有刚度大、延性好、施工方便、经济效益优越等特点,目前在我国得到较为广泛的应用。通过对3种共27块(2W、3W、BONDECK各9块,2W、3W为开口板,BONDECK为缩口板)镀锌压型钢板-混凝土组合楼板的试验研究,分析了不同剪跨下,混凝土强度、压型钢板厚度、组合楼板厚度等因素对组合楼板极限承载力的影响,总结了压型钢板-混凝土组合楼板剪切-粘结破坏的形态及受力变形性能,利用回归分析提出了以混凝土抗拉强度特征值ft表征的剪切-粘结承载力计算公式。     

大尺寸大开间页岩陶粒混凝土双向叠合板足尺试验研究

针对目前装配式建筑中常用的钢筋混凝土叠合楼板自重较大、工厂标准化生产的预制底板规格尺寸较小的问题,提出了一种由两块预制普通混凝土大板通过一条整体式接缝拼装,并后浇轻质页岩陶粒混凝土而成的大开间叠合楼板,页岩陶粒混凝土后浇层可有效减小楼板自重,提高楼板的保温、隔热和隔声性能。通过进行叠合板足尺试件的堆载试验,研究其在竖向荷载作用下的承载力、变形特征、破坏形态及整体式接缝的传力性能。结果表明,该大开间叠合板试件在正常使用极限状态下的跨中挠度和裂缝宽度均满足相关规范要求,且表现出明显的双向板裂缝分布特征,所采用的整体式接缝具有良好的传力性能,可以作为结构楼板使用。此外,有限元模型所选取的材料本构模型和接触面设定较为合理,计算结果与试验结果吻合良好,可用于轻质混凝土叠合楼板受力性能及影响参数分析。     

A New Method to Analyze the Membrane Action of Composite Floor Slabs in Fire Condition

During 1995 and 1996, a total of six localized fire tests were conducted on a full-scale, eight-storey, steel framed building at Building Research Establishment Laboratory at Cardington. The test results show that the fire performance of steel-concrete composite floor is better than that obtained from traditional design method, and the load capacity of composite floor slab in fire condition is usually higher than the predicted capacity without considering membrane action. In the past decade, researchers have done a series of analyses in this area, such as Bailey, Usmani, and Li. In this paper, a new method to calculate the load capacity of simply supported composite floor slabs with considering the membrane action is presented. The slab is divided into five parts at the limit state of load capacity, including a center-elliptic part and four rigid parts around. The deflection of the slab, the force of rebars in high temperature, and the force distribution between four rigid parts are reasonably assumed. According to force and moment equilibrium requirements on the slab, a series of equations are obtained to calculate the ultimate load capacity of floor slabs in fire condition. The effectiveness of this new method is validated through comparison with results from experiments and different theoretical simulations. The comparison shows that this new method is more reasonable in predicting the deflection and ultimate load capacity of floor slabs in fire condition than previous methods.     

闭口型压型钢板——混凝土组合板承载能力试验研究

闭口型压型钢板—混凝土组合板中,压型钢板能更好地起到受拉钢筋的作用,比开口型压型钢板—混凝土组合板有更多性能优势和更好的应用前景。通过八块采用新型BONDEKⅡ型闭口型压型钢板的组合板的静力性能试验研究和理论分析,着重考察剪跨比和组合板端部栓钉布置对组合板受力性能、破坏形态和极限承载能力的影响,提出了该类闭口型压型钢板的组合板的受弯承载力、竖向受剪承载力和纵向剪切粘结破坏承载力的计算方法及公式,为组合板设计计算提供依据。     

胶合木-混凝土组合梁与木柱组合体抗震性能试验研究

木-混凝土组合楼盖已经得到了广泛的应用,但在木结构节点设计中一般均忽略混凝土楼板对节点受力性能的影响。为研究混凝土楼板的组合作用和混凝土板内纵向钢筋配筋率对胶合木-混凝土组合节点抗震性能的影响,对3个胶合木-混凝土组合梁与木柱组合体和1个胶合木梁柱组合体试件进行了低周反复加载试验,研究了试件变形特征与破坏模式、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及组合梁界面相对滑移等的变化规律,探讨了试件承载力、刚度退化及耗能能力等抗震性能指标,并对比分析了纯木与带有混凝土楼板的试件的抗震性能。研究结果表明,胶合木梁与混凝土板的组合作用能显著提高试件的承载力和耗能能力等,且混凝土板对节点的约束作用可以有效抑制其刚度退化;在一定范围内,混凝土板配筋率越大,其对节点的约束作用越大,对刚度退化的抑制作用也越强,从而可有效提高试件的抗震性能。     

组合楼板的破坏模式及承载能力试验研究

根据组合楼板可能发生的主要破坏模式,研究组合楼板的承载能力,并通过对承载能力影响因素的分析,为设计人员合理选择组合楼板参数提供一定的参考和依据,进一步完善组合楼板的承载力计算方法。