钢筋混凝土异形柱空间框架抗倒塌试验及理论研究

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钢筋混凝土结构是我国目前使用最为广泛的结构体系之一,自从1968年伦敦的Ronan point公寓发生坍塌事件以来,结构的连续性倒塌就开始引起世界各国的关注。对于这方面的研究各发达国家也开始相继提出自己的研究设计理念。我国在这方面的起步较晚,目前在这方面尚无相关的规范为结构的抗连续性倒塌设计提出相应的设计方法。而近年来,异形柱框架结构由于其在使用面积,家具布置等方面的优点,在建筑市场上开始受到人们的青睐。而对于异形柱框架结构抗连续性倒塌,我国的研究基本处于空白阶段。在这种市场对结构的需要和理论研究结果较少的矛盾下,关于异形柱框架结构抗连续性倒塌的研究亟需国内学者解决。针对需求现状,本文做了相关研究。通过实验室现场设计浇筑,完成一个1/3缩尺的两层3×2跨异形柱框架结构实体模型。通过静力加载的方式模拟该结构在竖向构件失效后结构的受力性能、荷载传递路径以及结构的最终破坏形式。试验分为两个部分,分别模拟研究角柱和边柱的失效,通过试验结果的对比分析对结构的抗连续倒塌性能做出评价。通过失效柱处的荷载-位移曲线显示,柱子突然失效后,结构的破坏经历了四个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、塑性阶段和破坏阶段。结构相继在与失效柱相连的梁端出现塑性铰,发生内力重分布,最后进入悬链线阶段。试验结果显示柱子失效后,失效柱处的荷载通过框架梁和楼板传递至周围构件;角柱失效更容易引起结构的连续性倒塌;失效柱处的荷载传递路径与框架梁刚度和周围柱距离失效柱的距离有关。框架梁刚度越大,承受荷载越大;周围柱距离失效柱越近,承受荷载越大。与失效柱相连的框架梁在经历了较大变形后,最后一起受拉力,即框架梁进入悬链线效应阶段,悬链线效应的发挥可以提高结构的抗连续性倒塌能力;边柱失效处的悬链线效应明显优于角柱失效处。
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