【摘要】：裝配整體式混凝土框架結(jié)構(gòu)因其良好的經(jīng)濟性能和環(huán)境效益而逐漸在工程領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,現(xiàn)有研究主要針對其抗震性能展開,而對其在偶然荷載作用下的抗倒塌性能研究則相對較少。因此,本文通過對裝配整體式混凝土框架進行角柱失效工況下的子結(jié)構(gòu)抗倒塌試驗研究和理論分析,研究裝配整體式框架子結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能、倒塌過程中的破壞機理及其抗倒塌機制。具體的研究工作及結(jié)論如下:本試驗共設(shè)計制作了4個1:2縮尺的混凝土框架角部區(qū)域梁柱子結(jié)構(gòu)試件,包括1個現(xiàn)澆梁試件、2個裝配整體式梁試件和1個裝配整體式框架試件,在不對失效角柱節(jié)點進行額外約束的條件下,通過按位移控制的擬靜力加載方式對4個試件進行單調(diào)加載。結(jié)果表明:混凝土框架角柱失效后,子結(jié)構(gòu)的破壞過程為:截面開裂,受拉縱筋屈服形成塑性鉸,混凝土壓碎,鋼筋拉斷。與失效角柱相連框架梁的破壞集中在靠近邊柱的梁端部位置和梁頂部縱筋截斷位置,梁跨中至角柱區(qū)段未發(fā)生明顯的開裂和變形。根據(jù)抗倒塌擬靜力試驗結(jié)果,角區(qū)子結(jié)構(gòu)的整個加載過程可以劃分為彈塑性階段、塑性發(fā)展階段以及倒塌階段三個工作階段。混凝土框架角柱失效后,由于缺乏水平約束,未出現(xiàn)明顯的壓拱機制與懸索機制,結(jié)構(gòu)抗倒塌的主要工作機制為空腹機制和梁機制�？崭箼C制的內(nèi)力重分布效應(yīng)在彈塑性階段的末期達到最大,在塑性發(fā)展階段,空腹機制的作用逐漸減弱,框架梁的受力狀態(tài)與懸臂梁接近。通過對裝配與現(xiàn)澆、框架梁箍筋加密與非加密、框架試件與梁試件三組對比試驗的結(jié)果進行對比,得到以下結(jié)論:裝配整體式試件的破壞形態(tài)及荷載-位移全過程曲線與現(xiàn)澆試件無明顯差異,裝配整體式框架的抗倒塌性能可以認為等同現(xiàn)澆;在靠近邊柱的梁端部和縱向鋼筋截斷位置進行箍筋加密,可以避免梁底受壓鋼筋的屈曲,有效提高結(jié)構(gòu)的抗倒塌承載力;由于角區(qū)子結(jié)構(gòu)缺乏水平約束,其抗倒塌能力對支座約束剛度的變化不敏感,框架試件與梁試件的抗倒塌能力未出現(xiàn)明顯差異。由于在倒塌階段子結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)第二個荷載峰值點,本文重點對倒塌階段前的結(jié)構(gòu)抗倒塌能力進行了理論分析。在試驗的基礎(chǔ)上,通過合理假定,提出了考慮空腹機制的雙塑性鉸簡化模型,推導(dǎo)了荷載-位移曲線上2個特征點(鋼筋屈服點、承載力臨界點)的承載力及位移的計算公式。用該模型來計算鋼筋屈服點及承載力臨界點的承載力和位移均具有較高的精度,建立以上2個特征點為轉(zhuǎn)折點的折線模型,與試驗荷載-位移曲線吻合較好。在該模型的基礎(chǔ)上,研究了縱筋配筋率及縱筋截斷位置對抗倒塌能力的影響,結(jié)果表明提高頂部縱筋配筋率可以提高結(jié)構(gòu)抗倒塌能力;將靠近邊柱的頂部縱筋截斷位置延長至跨中截面,結(jié)構(gòu)的抗倒塌承載力可以得到充分的發(fā)揮。
【圖文】：

一戶內(nèi)發(fā)生了煤氣爆炸，導(dǎo)致了該區(qū)域第 19 層至 22 層的局部墻板墜落坍塌，下層構(gòu)件在的沖擊過程中發(fā)生了連續(xù)坍塌破壞，直至底層現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。此次倒塌事故共導(dǎo)致了 4 人死亡傷，引起了國際結(jié)構(gòu)工程界的激烈討論[2]。1995 年，美國俄克拉荷馬州 Alfred P.Murrah 聯(lián)樓（9 層混凝土框架結(jié)構(gòu)）在遭受恐怖分子汽車炸彈襲擊后，底層三根柱發(fā)生了嚴(yán)重破壞，引起了上層柱和樓板的連續(xù)倒塌，直至整個大樓的北部完全坍塌，共造成 168 人死亡，851此次事件讓工程界逐漸意識對到建筑物進行抗連續(xù)倒塌設(shè)計的必要性[3]。因此，美國總務(wù)部部[5]分別發(fā)布了專門的抗倒塌設(shè)計規(guī)范。2001 年，紐約世界貿(mào)易中心遭受飛機撞擊，機內(nèi)的大火導(dǎo)致了大樓鋼結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)，撞擊層上部樓層的倒塌對下層結(jié)構(gòu)的撞擊使整個結(jié)構(gòu)發(fā)倒塌，此次事件造成了約 3200 人死亡或失蹤，對美國的經(jīng)濟損失達 2000 億美元，此次事起了工程界的廣泛關(guān)注，由此掀起了結(jié)構(gòu)抗倒塌領(lǐng)域研究的熱潮[6]。在我國國內(nèi)也曾發(fā)生過倒塌事故，例如，2001 年河北省石家莊市一棟居民樓被炸彈襲擊發(fā)生倒塌，導(dǎo)致了 108 人死3 年，湖南省衡陽市衡州大廈在火災(zāi)后發(fā)生了連續(xù)倒塌，大廈西北角的兩個單元完全垮塌，在滅火的 20 名消防武警官兵死亡。從以上案例可以看出，，雖然偶然荷載出現(xiàn)的概率不高，但意外一旦發(fā)生則將造成極大的生失，后果難以估量，提出科學(xué)有效的抗連續(xù)倒塌設(shè)計方法已成為迫切需要解決的問題。

從而可以加快資金周轉(zhuǎn)速度，創(chuàng)造更高效益。其次，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)具有突量效益，傳統(tǒng)現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)依賴工人現(xiàn)場手工操作，成品質(zhì)量不易控制，工廠預(yù)制與現(xiàn)場現(xiàn)澆相夠保證構(gòu)件質(zhì)量的穩(wěn)定。第三是裝配式混凝土結(jié)構(gòu)具有顯著的環(huán)境效益，工廠預(yù)制現(xiàn)場安裝方式有效減少了施工現(xiàn)場對周邊的粉塵和噪聲污染，減少了施工過程中產(chǎn)生的建筑垃圾對城的影響。近年來，預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)得到了大量的工程應(yīng)用，以南京市為例：南京邁皋橋紅太廣場為 4 層框架結(jié)構(gòu)，使用現(xiàn)澆柱、預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土疊合梁、疊合板，僅用 56 天即全部完平米的主體結(jié)構(gòu)施工；南京上坊保障房項目通過使用全預(yù)制裝配整體式框架-鋼支撐結(jié)構(gòu)，無外腳手架、無現(xiàn)場砌筑、無抹灰的綠色施工；南京丁家莊保障房項目通過使用預(yù)制剪力墻墻保溫層、裝飾面板合為一體，縮短施工工期近 100 天。2015 年住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部《我國建現(xiàn)代化發(fā)展綱要》明確提出，到 2020 年，裝配式建筑占新建建筑的比例 20%以上，到 2025 配式建筑占新建建筑的比例 50%以上。2016 年 9 月國務(wù)院發(fā)布了《國務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)式建筑的指導(dǎo)意見》，要求按照適用、經(jīng)濟、安全、綠色、美觀的要求，推動建造方式創(chuàng)新，展裝配式混凝土建筑和鋼結(jié)構(gòu)建筑，不斷提高裝配式建筑在新建建筑中的比例。因此，裝配是未來發(fā)展的趨勢。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU37

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本文編號：2627202