混凝土异形柱框架结构抗倒塌性能研究.doc

混凝土异形柱框架结构抗倒塌性能研究混凝土异形柱框架结构由于良好的使用功能而逐渐在工程领域得到广泛的应用,但对其在偶然荷载作用下抗倒塌性能的研究则相对较少。因此,本文通过对混凝土异形柱框架结构进行底层角柱失效后的抗倒塌试验研究和理论分析,研究混凝土异形柱框架结构的抗倒塌性能、倒塌过程中的破坏机理及其抗倒塌机制。具体的研究工作包括:对混凝土异形柱框架结构进行底层角柱失效后的动力撤柱试验,表明动力撤柱试验对结构整体变形影响相对较小,试验后结构基本处于弹性状态。抗倒塌拟静力试验表明异形柱框架结构的整个加载过程可以划分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性铰发展阶段以及倒塌阶段四个工作阶段,异形柱框架结构主要依靠梁机制承担外加竖向荷载。建立有限元分析模型对抗倒塌试验进行模拟分析,验证有限元分析结果的可靠性和准确性。对矩形柱框架和异形柱框架分别进行抗倒塌分析,分析结果表明在非线性动力分析中异形柱框架的动力响应略大于矩形柱框架,在非线性静力分析中矩形柱框架的初始刚度略有提高,但对抗倒塌能力没有明显的提升作用,表明异形柱框架在抗倒塌性能上与一般矩形柱框架无明显差距。选取失效跨内框架梁作为简化分析对象,同时考虑框架梁压拱效应以及异形柱侧向刚度对结构抗倒塌承载力的影响,建立力学简化模型并推导相应关系表达式来计算底层角柱失效时混凝土异形柱框架结构的抗倒塌承载力。计算结果表明该方法能够较好地计算试验模型的抗倒塌承载力。对六层混凝土异形柱框架进行非线性动力分析,分析结果表明各工况下异形柱框架均不会发生倒塌,关键柱失效所引起的结构内力变化主要集中在失效跨区域内。随后对异形柱框架进行失效跨Pushdown分析,分析结果表明失效柱所在楼层越低,框架的抗倒塌能力越强。在同一楼层内,短边柱失效时剩余结构的抗倒塌能力最强。通过综合使用非线性动力分析和Pushdown分析方法对混凝土异形柱框架的鲁棒性指标进行了计算,结果表明抗震等级的提高会有效提升结构的鲁棒性。两个算例中薄弱柱都位于结构柱网较为稀疏的纵向边跨区域,表明薄弱柱位置与结构的平面布置形式密切相关。