考虑楼板影响外廊式框架结构抗竖向倒塌能力数值研究

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外廊式框架结构由于采光性、通风性良好,在建筑中应用广泛,外廊式框架结构一旦发生竖向倒塌将面临巨大风险,造成一系列安全事故。目前对不等跨布置下的外廊式框架结构竖向倒塌分析研究不充分,通过研究外廊式框架结构破坏荷载的传播途径,可以明确结构在倒塌过程中“薄弱部位”,抑制结构“不成比例”的破坏在跨间传播,同时考虑楼板影响下,作为抵抗竖向倒塌有利防线,可以增强结构整体稳固性。本文主要研究分为以下四个方面:(1)利用ABAQUS建立外廊式框架结构数值模型,并对单层2×2跨的RC框架子结构试验进行模拟。通过对比试验中的荷载-位移曲线、相邻边柱的水平位移以及最终的破坏模式来验证数值模拟的有效性。(2)为考虑不等跨布置的影响,设计了两组X向等跨设计框架子结构及内廊式框架子结构进行对比,为考虑跨度对外廊式框架结构抗倒塌能力的影响,比较同一子结构不同跨度的框架梁相连柱失效后的剩余承载力表现,同时提取梁板关键截面的内力进行分析,研究结构倒塌过程中的受力机理。研究结果表明:不等跨设计中短跨梁受力集中,破坏程度较大,结构的破坏模式与框架梁的跨高比相关,破坏首先在跨高比较小的梁发生,梁跨度越大,柱失效后结构剩余承载力越低,梁的跨高比越小,其轴力越大,压拱效应越强。(3)研究不同失效柱工况下,混凝土楼板的拉压损伤情况,总结不同失效柱下楼板的失效模式,建立不同楼板厚度、楼板钢筋间距以及梁高的模型,探究梁板参数对子结构剩余承载力的影响,基于竖向倒塌过程中梁板不同的抗力机制,建立了外廊式框架结构抗力计算表达式。研究结果表明:楼板早期损伤性能反映出楼板的屈服模式,可以预测裂缝的开展。增大梁高、楼板厚度、楼板配筋率可以提高结构承载力,楼板钢筋在悬链线机制阶段作用明显大于前期梁机制阶段。(4)在单层框架的基础上,考虑楼板影响下,建立不同位置柱失效下的原型外廊式框架结构模型、不同楼层的底层内柱失效的结构模型、平面框架模型、不同数量失效柱的模型,考察结构在竖向倒塌过程中剩余承载力的表现以及相关截面的倒塌机理。研究结果表明:考虑楼板影响下,层数的增加,各层梁板柱发挥协同作用,增大结构刚度,承载力成倍增大。多柱失效下,边框架梁表现为弯剪扭复合的受力状态,破坏范围较大,顶层梁板受扭出现坠落,同时失效柱侧移量偏大且发生明显弯折,造成早期结构承载力出现骤降,结构没有明显的抗力转化机制,造成失稳倒塌破坏并进一步在跨间传播。
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