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研究亮點(diǎn)

RC空間框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的樓板效應(yīng)試驗(yàn)研究

發(fā)布時間： 2022-03-09 點(diǎn)擊數(shù)量：7127

研究背景：

建筑結(jié)構(gòu)在其使用壽命中，極可能遭遇極端荷載，如地震、爆炸、沖擊，不可避免地造成建筑結(jié)構(gòu)局部損傷或者破壞，從而極可能導(dǎo)致大規(guī)模結(jié)構(gòu)破壞或連續(xù)倒塌的連鎖反應(yīng)。樓板作為RC框架結(jié)構(gòu)中的主要的豎向傳力單元之一，在抗連續(xù)倒塌中起到了重要作用。然而目前在連續(xù)倒塌方面的研究多是單以構(gòu)件或者平面框架結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)研究，完全以空間框架結(jié)構(gòu)為對象的試驗(yàn)研究還很少，實(shí)際上梁、柱以及樓板作為一個整體結(jié)構(gòu)體系共同抵抗連續(xù)倒塌，因而空間框架試驗(yàn)才能更好反應(yīng)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中的梁板柱協(xié)同作用。因此研究三維空間內(nèi)樓板對空間框架連續(xù)倒塌的破壞機(jī)理、失效模式、以及抗力-變形發(fā)展規(guī)律的影響成為目前的研究熱點(diǎn)和本文主要解決的問題。

研究方法及結(jié)果：

通過對比3個大比例尺的空間框架連續(xù)倒塌試驗(yàn)，探究樓板對RC空間框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌性能影響，可以得到以下結(jié)論：

1）以漩口中學(xué)教學(xué)樓為原型結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)了3個單層2×2跨1/3縮尺模型。包括2個帶樓板子結(jié)構(gòu)和1個純框架子結(jié)構(gòu)。通過擬靜力加載試驗(yàn)研究RC框架結(jié)構(gòu)在拆除中柱狀態(tài)下的連續(xù)倒塌破壞過程（圖1），分析了子結(jié)構(gòu)的力-位移關(guān)系受力機(jī)理。

2）對比分析了帶樓板子結(jié)構(gòu)與純框架子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果（圖2），考慮樓板與純框架相比，梁“壓拱效應(yīng)”和板“壓薄膜效應(yīng)”協(xié)同疊加，梁機(jī)制峰值承載力提高了145%。樓板的“拉薄膜效應(yīng)”對懸鏈線機(jī)制峰值承載力提高了75%。樓板的“薄膜效應(yīng)”顯著提高了梁機(jī)制和懸鏈機(jī)制的承載能力（圖3），提高了結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌能力。

3）研究了板厚對結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌能力的影響，首次發(fā)現(xiàn)了增加板厚會導(dǎo)致大變形下梁板不協(xié)同作用，板發(fā)生沖切破壞（圖4），降低了懸鏈線階段的承載力和延性，這與二維結(jié)構(gòu)試驗(yàn)觀察到的結(jié)果正好相反，說明了實(shí)際三維結(jié)構(gòu)倒塌機(jī)理的復(fù)雜性。

該成果發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Magazine of Concrete Research》（Ke Du, *Jiulin Bai, Nan Teng, Deng Yan, Huiming Chen, and Jingjiang Sun (2021). Progressive-collapse test of slab effects on reinforced concrete spatial frame substructures. https://doi.org/10.1680/jmacr.19.00418）（IF：2.503，*通訊作者）。

圖1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ图虞d裝置圖

圖2 梁和樓板的抗力貢獻(xiàn)分解圖

圖3 梁和樓板在2階段的倒塌機(jī)制

圖4 S2試件板頂和板底裂縫圖

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