混凝土板柱子结构抗连续倒塌性能试验研究

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混凝土板柱节点容易发生脆性的冲剪破坏,进而引发整体结构的连续倒塌破坏。既有研究主要是集中在钢筋混凝土框架结构的抗连续倒塌,对于混凝土板柱结构的抗连续倒塌研究较少。本文对板柱结构中柱节点的冲剪破坏以及后继子结构体系的连续倒塌破坏机理和抗力发展规律进行了试验和理论研究,主要工作如下:  (1)设计了4个横纵向均为两跨1∶3缩尺的板柱子结构试件,并把第一个试件作为预备试件。试件制作时移除底部中柱以模拟初始失效,试验中首先对中柱柱头施加向下的集中力使其节点发生初始冲剪破坏,其后对楼板施加均布荷载直至发生后继连续倒塌破坏。试验发现由于忽略了周边结构的约束,试件部分节点处发生实际结构中不存在的弯曲破坏导致试件承载力降低,进而对节点进行了改进以防止弯曲破坏。  (2)对2个柱破坏下的板柱子结构试件进行试验,其中中柱的初始冲剪破坏考虑了两个方向,分别考虑爆炸/台风引起的向下冲剪、超载引起的向上冲剪。试验中首先对中柱柱头施加向下(向上)的集中力使其节点发生初始冲剪破坏,其后对楼板施加均布荷载直至发生后继连续倒塌破坏。基于试验结果研究了板柱结构在连续倒塌过程中的破坏过程和受力状态,并基于屈服线理论和拉结法计算板的承载力。结果表明:中柱的初始破坏方向对子结构后继破坏的承载力影响较小,但会影响子结构破坏的变形能力,中柱初始向下破坏试件的延性比向上破坏试件大33.2%。在后继破坏试件大变形时,仅板底通长钢筋能够提供承载力。屈服线理论能够较好的计算试件在压力薄膜状态下的承载力,而拉力薄膜状态下的计算结果只有在大变形下才会与实际承载力相近。  (3)对1个节点破坏下的板柱子结构试件进行试验。因为实际板柱结构事故中节点发生冲剪破坏进而导致连续倒塌的的情况更为常见,此时柱还竖立但结构已经发生连续倒塌,未失效的柱参与受力是连续倒塌抗力机理更为复杂。结果表明:节点破坏下的板柱子结构的承载力比柱破坏下的试件高36.9%,而且节点破坏的试件,中柱在试验过程中最大会承担41%的荷载,中柱的存在也会使得边柱和角柱承担的荷载比例在加载末期相差较大。
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