RC填充墙框架连续倒塌机制研究

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结构的连续倒塌是指由于出现不常见的荷载、设计缺陷以及发生恶性事件等造成的最初局部构件的破坏,进而引发了结构与最初破坏不成比例的倒塌的现象。近些年来,一系列连续倒塌的事件引起了对这一问题的广泛重视,并且通过大量的试验和数值分析对结构的连续倒塌机制进行了研究。现有的连续倒塌的研究集中于对框架的连续倒塌机制,以及对梁构件、楼板、梁柱节点和钢支撑等在连续倒塌过程中的行为进行分析,而关于填充墙在框架连续倒塌过程中作用的研究有限。鉴于此,本文通过试验室试验研究以及数值分析等方法,系统的研究了填充墙对钢筋混凝土框架连续倒塌机制的影响,本文的内容包括以下的四个部分:(1)制作了一榀四跨两层的钢筋混凝土裸框架试件,对中柱进行了位移控制拟静力加载的试验,观测了钢筋混凝土裸框架试件在连续倒塌过程中的作用荷载和位移、裂缝发展、钢筋断裂过程和钢筋在关键位置处的应变,不仅分析了拱机制对框架抵抗连续倒塌的有利作用,而且对拱机制的不利作用进行了探讨。(2)分别制作了一榀钢筋混凝土全填充墙框架试件和一榀钢筋混凝土开洞填充墙框架试件,其钢筋布置、截面尺寸以及加载方法等与裸框架试件完全相同,区别只是在框架试件二层分别布置了全填充墙和开洞填充墙。本文分别对全填充墙框架试件和开洞填充墙框架试件的作用荷载和位移、裂缝开展、钢筋断裂过程以及关键位置处的钢筋应变进行观测,讨论了全填充墙框架试件和开洞填充墙框架试件的失效机制。通过比较全填充墙框架试件、开洞填充墙框架试件和裸框架试件的试验结果,分析了全填充墙和开洞填充墙对框架试件连续倒塌机制的影响。(3)建立了裸框架试件、全填充墙框架试件和开洞填充墙框架试件的有限元模型。分别对全填充墙和开洞填充墙在连续倒塌情况下的等效撑杆模型进行了研究,并通过数值分析结果与试验数据的比较对有限元模型的有效性进行了验证。对三个框架试件模型的内力进行了研究,并对全填充墙和开洞填充墙框架试件的模型进行了参数分析,研究了全填充墙框架试件的填充墙强度、梁柱钢筋直径和梁柱构件尺寸对计算结果的影响,以及开洞填充墙框架试件的填充墙强度和洞口尺寸对计算结果的影响。(4)对单榀四跨八层的原型裸框架、全填充墙框架和开洞填充墙框架进行了详细的非线性动力分析,研究了在一层中柱、一层倒数第二根柱和一层边柱失效的情况下的变形和内力,并对三种框架的非线性动力分析结果进行了比较。分析了楼层数和跨数对三种框架柱失效后反应的影响。
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