考虑楼板参与的不同RC结构体系空间抗连续性倒塌机制研究

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为深入考察楼板作用的RC框架结构和RC板柱结构抗连续性倒塌性能的影响,该文分别对一2层带板框架静力坍塌试验以及一单层板柱分步静力倒塌试验进行模拟分析,校核了文中引用三维实体退化虚拟层合单元模拟分析法建立的框架结构和板柱结构有限元模型的准确性。此后,通过移除构件法分析了考虑楼板整体作用的同平面尺寸单层框架与两单层板柱(无托和设托)三种柱失效工况的连续倒塌破坏过程。结合极限变形、位移及应力等值线分布、荷载-位移曲线变化及关键截面钢筋应力变化得出,框架结构角柱失效依靠贯通外伸梁扭转刚度发挥较好“压膜效应”并调用部分“板拉力膜”作用,该工况极限承载能力最高,延性最好;靠近边跨的内中柱失效后外边柱端出现塑性铰“板膜效应”发挥较弱,其承载力次之且延性较差;靠近角柱的边柱失效后相邻角柱端受弯屈服板面“压拱膜效应”不足,承载能力最低。无托板柱结构各工况不受边界的影响均发生失效区相邻节点弯剪破坏,“板膜效应”发挥有限。设托板柱结构各工况呈明显的弯曲破坏,因板托存在增大了外边柱端弯矩并出现“强板弱柱”的节点形式。归纳对比三种结构体系极限状态“塑性绞线”及板带“拉力膜”开展情况得出,失效区板带被塑性铰线划分的各独立部分相互作用在边界范围产生提供拉力膜效应发展的“压力环”,楼板拉膜效应严格受制于压力环的发挥;同时,压力环强度与板带自身承载力和边界外围的弯曲约束呈正相关变化。进一步地,通过改变楼层数分析考虑空间三层与五层的各RC结构体系中柱失效工况的连续倒塌破坏过程。结合极限变形、位移及应力等值线分布、荷载-位移曲线变化及失效区周边柱轴力重分配得出,多层模型较单层模型能有效地均匀重分布荷载至失效区周边柱而避免局部破坏的过早发生,各柱轴力峰值占比随楼层数增加而减小,但三层与五层空间模型无明显性能差异;且对于无托板柱多层模型极限状态各层均匀的板带面破坏将使连续倒塌范围显著扩大。通过上述研究,可为考虑楼板参与的RC框架结构和RC板柱结构抗连续倒塌设计理论的进一步完善和发展提供借鉴和参考。
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