混凝土板柱结构的落层倒塌初探

论文摘要

强震作用下结构落层倒塌（即某楼层突然倒塌且其上部结构整体下坐的倒塌形式）是一种常见的破坏模式,本文针对混凝土结构的落层倒塌进行了探索性研究,主要工作有:（1）开展了2个具有薄弱层的三层混凝土空间板柱结构模型的振动台落层倒塌试验。考察了倒塌前、后模型各层的水平加速度和位移响应,以及倒塌撞击引发的薄弱层及其下层楼板的竖向加速度响应。试验结果表明:①倒塌前模型M-1和M-2的基本频率仅比初始值分别降低8.9%和4.7%,采用频率改变幅度进行结构倒塌预警可能是不现实的;②倒塌撞击导致模型各层的水平加速度出现短时剧烈波动,波动期间模型M-1和M-2的绝对加速度最大值介于5g～10g之间,分别为倒塌前各层绝对加速度最大值的5～20倍和10～50倍;③倒塌撞击引发的楼板竖向加速度高达30 g～40 g。（2）对试验模型的典型工况进行了有限元模拟计算,针对薄弱层（二层）柱子的初始缺陷,采取了截面局部缩减的简化处理策略。计算结果与试验结果的对比表明,采取该策略对柱端初始缺陷进行简化处理是基本可行的。（3）探讨了试验模型倒塌撞击过程中各层的层间水平力,以及薄弱层楼板与下层楼板之间的碰撞冲量,并与简化静止倒塌模型的相应碰撞冲量进行了对比。研究发现,由于“碰撞侧振效应”的存在,倒塌撞击过程中模型各层产生了时间很短但量值较大的层间等效水平力,这是对倒塌层之外的结构其它层抗侧能力的一个考验。最后,通过引入3个状态,将模型的倒塌碰撞过程划分为4个阶段,在此基础上提出了一种混凝土结构落层倒塌的简化分析方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 设计方法
• 1.2.2 数值分析
• 1.2.3 试验研究
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 混凝土空间板柱模型的落层倒塌试验
• 2.1 概述
• 2.2 试验概况
• 2.2.1 试件设计
• 2.2.2 试验工况
• 2.2.3 试验量测
• 2.3 试验结果及分析
• 2.3.1 宏观现象
• 2.3.2 动力特性
• 2.3.3 水平加速度响应
• 2.3.4 竖向加速度响应
• 2.3.5 水平位移响应
• 2.4 本章小结
• 第三章 试验模型的有限元动力分析
• 3.1 概述
• 3.2 计算准备
• 3.2.1 纤维梁单元的UMAT 子程序
• 3.2.2 计算模型
• 3.3 计算结果分析
• 3.3.1 水平加速度响应
• 3.3.2 水平位移响应
• 3.4 本章小结
• 第四章 试验模型的倒塌碰撞分析
• 4.1 概述
• 4.2 倒塌撞击过程中的水平受力
• 4.3 结构落层倒塌的简化分析方法
• 4.4 本章小结
• 结论和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件