新论文:中柱失效后板柱结构连续倒塌传力机理研究

中柱失效后板柱结构连续倒塌传力机理研究

Load Transfer and Collapse Resistance of RC Flat Plates under Interior Column Removal Scenario

Journal of Structural Engineering-ASCE

https://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0002090?af=R

一、研究背景

混凝土板柱结构(也称为无梁楼盖结构)是由混凝土板和柱构成的结构体系。因为结构高度小,建造施工方便,使用空间大等优点,在国外多层住宅、办公/零售建筑和停车场等建筑中非常流行。据澳大利亚ADG(Alliance Design Group)及Robert Bird Group等咨询公司统计,澳洲主要城市大约80-90%的高层住宅采用该结构体系。

图1 板柱结构体系

板柱结构和框架结构相比,其延性和抗力较低,特别是其板柱节点处易发生冲剪破坏,因此在出现意外事件引起局部破坏后,发生连续倒塌潜在风险更大。最著名的板柱结构连续倒塌事故是发生在1995年的韩国首尔Sampoong百货大楼连续倒塌事故。该百货大楼在营业过程中突然发生连续倒塌,造成502人死亡,937人受伤。事故调查报告表明,该大楼是在使用过程中因不当改造导致超载,在局部板柱节点发生冲剪破坏后失效范围迅速蔓延,最后导致重大灾难(图2,图3)。国内外历史上也多次发生板柱结构连续倒塌破坏的工程事故(图4,图5)。

图2 韩国Sampoong百货大楼连续倒塌事故(图片来源:www.reddit.com)

图3 板柱结构连续倒塌破坏

图4 国外板柱结构连续倒塌事故(图片来源:www.corrosionengineering.co.uk)

图5 国内板柱结构连续倒塌事故(图片来源:土木在线)

目前对板柱结构的研究主要还是集中在节点区冲剪破坏的研究上。对(1)冲剪破坏发生后节点区的剩余承载能力,(2)连续倒塌过程中板柱结构的内力重分布机理等的认识都还比较有限。因此,2015年,澳大利亚Griffith University 的Hong Guan教授带领的团队和清华大学一起申请到Australian Research Council Discovery Project的资助,计划对板柱结构的连续倒塌机理进行深入研究。项目课题组在澳大利亚和北京分别开展了系列试验研究。其中,2016年10月课题组团队在澳大利亚Griffith University完成了本项目的首个板柱子结构连续倒塌试验,取得了预期的效果(图6)。本文对该试验的主要结果进行了介绍。

图6 2016年10月课题组团队在澳大利亚Griffith University完成了本项目的首个板柱子结构连续倒塌试验

二、研究内容

试验的原型结构为三层板柱结构(图7),取出其底层中间部分子结构进行试验研究(图8)。

图7 原型结构

图8 试验子结构

本次试验有以下三个特点:

1 先在楼面上布置均布荷载,然后对中柱柱顶施加集中力,发生冲剪破坏后继续加载直至中柱节点区发生彻底破坏(图9);

2 在周围8个柱子柱脚安装了力传感器,量测加载过程中各个立柱的内力变化情况(图10);

3 进行了两个同样的构件试验,以检验试验结果的可重复性。

图9 试验试件和加载模式

图10 柱脚反力量测装置

试验得到的荷载位移曲线如图11所示,两个试件的重复度还是比较好的。构件在200多mm时冲剪破坏彻底发生。但是非常有意思的是,在冲剪破坏发生后,构件仍可通过拉膜机制、悬链线机制和销栓机制继续承受荷载,结构仍有一定的内力重分布能力(图12)。这一能力对结构的抗连续倒塌具有重要价值。

图11 荷载位移曲线

图12 典型破坏模式

在试验过程中,我们同时观测了周围柱子柱脚的竖向反力(图13)。结果表明,90%的竖向反力由4个边柱传递,而4个角柱能分担的轴力很少。因而4个边柱进一步发生冲剪连续倒塌的风险较大。

图13 柱脚反力

本文作者 薛慧中

另外这里打一个小广告,本项目澳大利亚方面Griffith University计划招收一名博士后(合同期一年),开展板柱试验的有限元分析工作。有意的请和我们联系。luxz@tsinghua.edu.cn。工作地点:澳大利亚黄金海岸

相关研究

  1. 场地-城市耦合弹塑性分析+神威太湖之光+无人机 | 三项黑科技助力新北川县城震害预测

  2. 美国NSF SimCenter+清华城市弹塑性分析=旧金山184万建筑地震模拟

  3. 新论文:无人机+机器学习+城市弹塑性分析=震后近实时损失预测

  4. 新论文:这个混凝土框架能抗震,能防连续倒塌,还功能可恢复,您不进来看看么?

  5. 新论文:一个好汉三个帮|带端部阻尼器伸臂桁架的抗震性能试验研究

  6. 新论文:BIM+新一代性能化设计=喷淋系统破坏后的地震次生火灾模拟

  7. 新论文:村镇建筑群火灾蔓延模拟与案例

  8. 新论文:建设地震韧性城市所面临的挑战

  9. 新论文:烈焰焚城 | 地震次生火灾的精细化和高真实感模拟

  10. 新论文:城市韧性——基于“三度空间下系统的系统”的思考

  11. 新论文:防屈曲支撑伸臂桁架?几个“狗骨头”可少不了!

  12. 新论文:城市抗震弹塑性分析中如何确定高层建筑的损伤程度?

  13. 新论文:考虑楼板影响的钢筋混凝土框架边柱连续倒塌试验

  14. 新论文:提高地震荷载分项系数,抗震安全性提高了多少?

  15. 新论文:采用减振子结构来控制超高层建筑的地震楼面加速度

  16. 新论文:500m级超高层建筑简化模型及其在结构体系对比中的应用

  17. 美国国家科学基金地震工程领域近期项目规划

  18. 建筑抗震弹塑性分析的发展及程序开发 | 2012年第一届复杂建筑结构弹塑性分析技术研讨会报告

  19. 606m 超高层建筑OpenSees模型

(0)

相关推荐