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研究亮點

RC空間框架結構抗連續(xù)倒塌的樓板效應試驗研究

發(fā)布時間： 2022-03-09 點擊數(shù)量：2504

研究背景：

建筑結構在其使用壽命中，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構局部損傷或者破壞，從而極可能導致大規(guī)模結構破壞或連續(xù)倒塌的連鎖反應。樓板作為RC框架結構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件或者平面框架結構的試驗研究，完全以空間框架結構為對象的試驗研究還很少，實際上梁、柱以及樓板作為一個整體結構體系共同抵抗連續(xù)倒塌，因而空間框架試驗才能更好反應實際工程結構中的梁板柱協(xié)同作用。因此研究三維空間內樓板對空間框架連續(xù)倒塌的破壞機理、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和本文主要解決的問題。

研究方法及結果：

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

1）以漩口中學教學樓為原型結構，設計了3個單層2×2跨1/3縮尺模型。包括2個帶樓板子結構和1個純框架子結構。通過擬靜力加載試驗研究RC框架結構在拆除中柱狀態(tài)下的連續(xù)倒塌破壞過程（圖1），分析了子結構的力-位移關系受力機理。

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

3）研究了板厚對結構抗連續(xù)倒塌能力的影響，首次發(fā)現(xiàn)了增加板厚會導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，這與二維結構試驗觀察到的結果正好相反，說明了實際三維結構倒塌機理的復雜性。

該成果發(fā)表在國際權威期刊《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 試驗模型加載裝置圖

圖2 梁和樓板的抗力貢獻分解圖

圖3 梁和樓板在2階段的倒塌機制

圖4 S2試件板頂和板底裂縫圖

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