RC空間框架結(jié)構(gòu)豎向倒塌機(jī)制試驗(yàn)研究與分析.pdf

1、結(jié)構(gòu)工程在服役過程中可能遭遇如煤氣爆炸、恐怖襲擊、火災(zāi)、撞擊等作用，這些偶然荷載具有持續(xù)時(shí)間短、破壞程度大的特點(diǎn)，一旦發(fā)生，將可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌，引起嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。開展結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌性能的研究具有重大的學(xué)術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。結(jié)構(gòu)豎向倒塌作為結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的基本形式，正在成為土木工程學(xué)科的研究熱點(diǎn)；選擇廣泛應(yīng)用的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)作為研究對象，具有顯著的普適性、時(shí)代性和必要性。
　　 本文采用試驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值計(jì)算

2、相結(jié)合的研究方法，對有關(guān)鋼筋混凝土空間框架結(jié)構(gòu)豎向倒塌機(jī)制的5個(gè)關(guān)鍵性問題進(jìn)行了研究，包括研發(fā)適于試驗(yàn)需要的微機(jī)控制液壓加載試驗(yàn)裝置、揭示RC框架結(jié)構(gòu)豎向倒塌災(zāi)變機(jī)理和現(xiàn)澆板抗連續(xù)倒塌作用、提出未失效柱最大側(cè)向變形和失效柱臨界塌落位移的理論求解方法、揭示現(xiàn)澆RC梁板對因?yàn)?zāi)失效柱的約束作用、揭示現(xiàn)澆RC梁板對塌落影響區(qū)未失效柱側(cè)向變形的影響規(guī)律。取得的研究成果主要有：
　　 1.開發(fā)了微機(jī)控制液壓加載試驗(yàn)裝置，解決了RC空間框架結(jié)

3、構(gòu)豎向倒塌機(jī)制試驗(yàn)研究設(shè)備難題；以實(shí)際工程為背景，依據(jù)相似試驗(yàn)理論，設(shè)計(jì)并制作了用于試驗(yàn)研究的結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)Ｐ停灰詳?shù)值計(jì)算為基礎(chǔ)，綜合考慮試驗(yàn)研究目的，提出了試驗(yàn)加載制度和檢測方案。
　　 2.探明了RC空間框架結(jié)構(gòu)豎向倒塌全過程由外推階段(拱作用階段)、內(nèi)收階段(懸鏈線作用階段)和倒塌階段(疊蛋糕式倒塌)三個(gè)階段組成；提出了單參數(shù)倒塌損傷指數(shù)D，為實(shí)現(xiàn)定量準(zhǔn)確快速評價(jià)結(jié)構(gòu)倒塌損毀狀態(tài)提供了技術(shù)途徑，為確定受損結(jié)構(gòu)的計(jì)算模型提供了可

4、靠依據(jù)；定量評價(jià)了現(xiàn)澆板對梁鉸形成機(jī)制的影響，具體因現(xiàn)澆板對梁約束情況而異；提出了塌落區(qū)和塌落影響區(qū)的概念，探明了倒塌細(xì)節(jié)，積累了數(shù)值模型確認(rèn)所需的數(shù)據(jù)；揭示了現(xiàn)澆板對提高結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能的機(jī)理，外推階段現(xiàn)澆板顯著提高因?yàn)?zāi)失效柱所受的約束作用，內(nèi)收階段現(xiàn)澆板發(fā)揮懸鏈線作用，懸鏈線作用的大小取決于塌落區(qū)范圍。
　　 3.提出了未失效柱最大側(cè)向變形的理論求解方法，并運(yùn)用試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證；還提出了失效柱臨界塌落位移的理論計(jì)算模型，

5、提出了簡化計(jì)算方法，運(yùn)用多個(gè)試驗(yàn)成果驗(yàn)證了精度；基于試驗(yàn)和理論成果，提出了撓跨比評估法應(yīng)用于損毀結(jié)構(gòu)的快速評估，確定臨界撓跨比為0.2時(shí)對應(yīng)的失效位移作為臨界塌落位移；還提出了一些提高結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能的措施。
　　 4.理論分析了因?yàn)?zāi)失效柱所受的梁板約束作用，分別從基于力和位移、基于能量的角度進(jìn)行了定性、定量分析；基于力和位移的約束作用分析，針對單一工況定量刻畫了力(失效柱所受的約束作用)-位移(豎向位移)關(guān)系，針對不同工況定

6、性比較了約束作用的大?。换谀芰康募s束作用分析，以抗塌落能的提出為前提，實(shí)現(xiàn)了不同工況間的定量比較；研究的因素中現(xiàn)澆板對約束作用的影響最為顯著。
　　 5.揭示了現(xiàn)澆RC梁板對塌落影響區(qū)未失效柱側(cè)向變形量和變形形狀的影響規(guī)律：現(xiàn)澆板有無及位置對未失效柱的側(cè)向變形形狀和變形量均存在顯著影響；在結(jié)構(gòu)對稱方向塌落伊始均存在外推階段，結(jié)構(gòu)非對稱方向直接進(jìn)入內(nèi)收階段；塌落影響區(qū)主要影響區(qū)域?yàn)榫嚯x失效柱兩跨范圍以內(nèi)；周邊構(gòu)件能顯著減小未失效

7、柱的側(cè)向變形量，結(jié)構(gòu)非對稱位置未失效柱的側(cè)向變形量減少更顯著；二維平面框架與三維空間框架相比，未失效柱的側(cè)向變形形狀有較大差異；材料強(qiáng)度對塌落區(qū)未失效柱的側(cè)向變形形狀和變形量無顯著影響。
　　 本文的創(chuàng)新之處在于：
　　 1.揭示了RC框架結(jié)構(gòu)豎向倒塌災(zāi)變機(jī)制和現(xiàn)澆板提高結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能的機(jī)理，提出了單參數(shù)結(jié)構(gòu)損傷指數(shù)模型，定量評價(jià)了現(xiàn)澆板對塑性鉸的影響；
　　 2.提出了未失效柱最大側(cè)向變形、失效柱臨界塌落位