试验研究逐步崩溃阻力两层½大小装配式钢筋混凝土Column-Steel梁组合框架结构

文摘

逐渐崩溃的行为case-in-place混凝土和钢框架结构已进行了广泛的调查在过去的几年中。然而,研究逐步崩溃阻力和预制RCS组合框架结构的特点(空间构架)是有限的。在这项研究中,½大小预制RCS空间框架结构(两层楼,1×2-bay)的设计和制造,然后测试是通过的突然失败长边中央列。削弱了失败的一部分列迅速退出使用车辆牵引力,得到位移和动态数据采集仪器辅以高速摄影机记录结构的变形过程。此外,其余结构位移变化和进步崩溃下有限元模型的连接连接使用SAP2000模拟。有限元分析结果与试验结果验证了数值分析的有效性。实验结果表明,预制RCS组合框架结构设计符合中国建筑规范显示改进的阻力逐渐崩溃。动态效果显示无显著影响预制RCS组合框架结构,提出动态放大系数是1.28。钢板(A、B和C)连接的连接结构破坏的薄弱部分,和适当的措施应该应用于加强连接的钢板连接时预制RCS组合框架结构设计抵抗逐渐崩溃。SAP2000有限元程序验证,数值模拟结果与实验结果基本上是一致的。

1。介绍

预制钢筋混凝土column-steel梁复合框架结构,称为预制RCS组合框架结构,包括预制钢筋混凝土柱、钢梁和组合楼板在建筑工地和装配结构的一个重要分支系统。预制RCS复合框架结构可以优化钢和钢筋混凝土的优点,是一种低成本、高效率的结构形式(1和广阔的发展前景,是一个占主导地位的结构体系与建筑工业化的发展趋势。

一个初始局部破坏的传播从元素元素最终导致整个结构的崩溃或较大的一部分。这种现象被称为进步的崩溃。大多数研究预制RCS组合框架结构关注钢beam-reinforced混凝土柱的连接结构,联合剪切机制(2),和抗震性能。然而,研究逐步崩溃阻力预制RCS组合框架结构在意外事件,如爆炸和冲击,仍然是有限的。一旦发生了严重的人员伤亡和巨大的经济损失建筑结构逐渐崩溃。

美国学者清水首次提出钢筋混凝土column-steel梁复合框架结构的概念系统在1970年代。美国工程圆开始使用RCS组合结构在高层建筑在1980年代。Griffis [3]研究了钢筋和混凝土之间的相互作用以及连接连接的性能在RCS组合框架在1985年。谢赫et al。4,5]对RCS进行了静态实验研究复合框架连接中间接头而专注于接头的强度和刚度分析提供的抗剪强度计算公式和RCS联合在1989年。菅野et al。6,711日)进行了抗震性能试验研究的标本的大部分复合关节在高强度地区和RCS的失效模式进行了深入研究复合框架连接联合在1993年。Parra-Montesinos和怀特岛8)进行了实验研究的边缘连接的中间层3/4-ratio RCS组合框架在循环荷载下2000。梁和古斯塔沃9)进行实验研究的四个RCS复合关节在低循环反向加载,分析了RCS的地面运动框架体系,并探讨了能量耗散能力、滞回性能、层间位移、和关节变形的标本在2004年。程和陈10)完成了抗震性能试验研究低循环荷载下六RCS关节和检查参数,如平面关节,空间联合,正交梁,并在2005年联合地区的箍筋形式。Luis et al。11)完成低循环荷载试验研究两个RCS中间关节标本和锚定评估要求纵向酒吧和其他结构性措施在2006年联合区域。

公寓罗南的崩溃点1968年在伦敦第一次吸引了研究者的注意进步的崩溃。英国研究人员写进1970年的建筑规范要求防止结构倒塌。1975年加拿大建筑规范中增加了一个条款防止结构逐渐崩溃。瑞典、丹麦、荷兰等国家标准还包括一项条款上进步的崩溃。进步崩溃越来越引起研究关注在美国默拉联邦大楼事件之后在1995年和2001年在纽约世贸中心事件(12- - - - - -15]。美国总务管理局(GSA)和国防部(DOD)16,17)开发了设计标准,以防止结构的逐渐崩溃。日本、俄罗斯和其他国家也建立了设计规则结构逐步崩溃控制(18]。熊等。19)完成了一个进步的倒塌试验研究钢筋混凝土空间框架结构与长边柱中部和底部角落列失败和分析进步的阻力机制崩溃在2012 - 2013年。

“新RCS连接连接”(20.)作为连接连接类型的实验模型,和预制RCS½大小空间框架结构(两层楼,1×2-bay)制造。失败的列(2)突然退出通过车辆牵引力,如图1,得到位移动态数据采集仪器,和高速相机是用来记录结构的变形过程探索逐步崩溃阻力和预制RCS组合框架结构的特性。与氢比较瓦斯枪影响肖等人提出的方法。21南加州大学)和“爆炸拆除法”提出的Qing-Feng和魏剑22),使用汽车牵引的方法在本研究中提出了高安全性和可操作性强的特点。

实验结果揭示了进步崩溃阻力和捏造RCS组合框架结构的特性。本研究也证实,连接的钢板连接的薄弱部分预制RCS组合框架结构失败。

2。实验程序

连接连接制作原型的RCS组合框架结构采用“新RCS连接连接”(20.),这是由我们的研究小组。底部的a - b跨度捏造的两层楼的RCS组合框架结构原型作为实验模型,并按比例缩小到一半。

2.1。类型的“新RCS连接连接。”

“新RCS连接连接”(20.)是由联合钢铁箍(350 mm×350 mm×500 mm×12毫米),内部焊接十字web(厚度:10毫米),水平扶强材(厚度:9毫米),和外部焊接悬臂梁截面(长度:2000)。规范的“新RCS连接连接”20.表中列出1。“新RCS的建筑细节和连接图连接连接”(20.)所示的数据2和3,分别。混凝土的草图如图4。

2.2。实验的角度

结构原型在这项研究是一个捏造的RCS组合框架结构(五层,3×4-bay),其目的是按照中国建筑规范的要求23- - - - - -27]。生活和地板和屋顶上静负荷值2.0和2.0 KN / m²,分别。C40混凝土标号,HRB335钢筋,和Q345钢构件。钢梁的截面尺寸为600毫米×300毫米×13毫米×18毫米,混凝土柱的截面尺寸为700毫米×700毫米,楼板是通灵钢板复合地板厚度为100毫米。7度抗震设计强度,和相应的设计峰值地面加速度(PGA)以10%的概率超过数在50年是0.1克,在那里重力加速度。建筑类的网站分类二世和固有周期是0.40秒。原型结构的视角和设计图所示数据5(一个)和5 (b)。

2.3。实验模型

底部的a - b跨度捏造的两层楼的RCS组合框架结构原型作为实验模型和按比例缩小到一半,膜板的效果并没有考虑。混凝土柱的大小是350毫米×350毫米;钢梁的大小是300 mm×150 mm×6.5毫米×9毫米,如图63和3 m跨在两个正交的方向;一楼(二层)的高度是2米(1.8);地梁用于替换的基础;膜板的效果并没有考虑。一系列的标准立方混凝土进行了测试,平均抗压强度(f_铜)为39.8 MPa,钢的弹性模量是201 GPa,泊松比为0.28。强化实验模型和场景的照片所示的数字7和8,分别。列和地基加固是如图9。

3所示。实验方案

3.1。加载方案

连接连接在实验模型复杂,堆的重量的准确计算是难以实现的。领域的设计荷载值的最大影响RCS结构原型(1 - 5层)是应用于最大的面积影响实验模型的探索逐步崩溃阻力和预制RCS组合框架结构的特性。装箱单视图如图10。丢弃的工字形的钢梁是均匀放置在钢框架梁,和堆的重量施加在丢弃工字形的钢梁尽可能接近失败的列。堆的重量是140.4 KN。负载的照片场景呈现在图11。

3.2。删除列计划失败

削弱了失败的一部分列由内嵌钢板1、钢辊棒1,钢柱1,钢辊棒2,钢柱2、钢辊棒3,内嵌钢板2从上到下。外侧钢板固定在支持Y方向。失败的照片列示于图12。意外事故事件可能导致进步的情况下崩溃。汽车牵引力利用退出迅速削弱了失败的一部分列和模拟意外坠毁事件。横向支承钢板被移除,钢丝绳通过保留戒指在两个钢柱,另一端是固定在前一辆车的尾部进行实验。破坏过程的照片由高速摄像机拍摄的图所示13。实验结果表明,提供的牵引力车可以退出削弱失败的一部分列在垂直段的0.1倍,从而验证失败过程的有效性。

3.3。数据测试方案

动态数据采集仪器被用来获得位移,和高速相机是用来记录变形过程的结构来满足数据采集的要求。位移传感器安装在100毫米的X列1和方向Y方向列在第一层和2 bZ失败的方向列(2)。位移测试点见图14。

4所示。实验结果

4.1。位移的结果和分析

时间的历史曲线Z方向上的位移故障列(2)所示的数据(15日)和15 (b)。垂直位移立即达到2.255毫米从0到0.02,因为螺栓孔的直径大于2毫米的M20螺栓直径。垂直位移增加的速度比以前慢0.02秒,4.044毫米,最大垂直位移和垂直位移的振动Z从0.533到4.16年代的方向,然后进入稳定发展时期的梁机制后4.16秒当螺栓接触螺栓孔的内壁。螺栓微滑移驱动器的位移不断增加Z方向,最终的位移Z方向10.17毫米和1034年代后稳定倾向,和其余的RCS结构梁机制所提供的阻力稳定状态随着时间的推移。

列2 b的随时间的变化曲线Y方向图所示(16日)和16 (b)。列2 b位移的初始响应时间Y方向落后失败列(2)Z方向是大约0.146年代因为螺栓孔的直径大于2毫米的M20螺栓。列的2 b位移Y方向立刻从0到0.684达到2.478毫米,似乎在摆动Y方向在0.684和1.273之间的最大摆动位移2.555毫米,和1.273之间进入稳定发展时期和1039年代。增长停止当位移达到6.60毫米在1039年代。列2 b的摆动时间位移Y方向是比第2列的垂直振动时间短位移。作者认为,振动传播从第2列列2 b和振动能量在传输过程中被消耗。

列1的随时间的变化曲线X方向图所示(17日)和17 (b)。列1的位移X方向立刻从0到0.683达到1.012毫米,似乎在摆动X方向在0.683和1.071之间的最大摆动位移1.032毫米,和1.071之间进入稳定发展时期和1002年代。增长停止当位移达到4.275毫米在1002年代。

4.2。钢板的变形和分析(A、B和C)

联合数据如图18为了便于描述钢板的变形(A、B和C)。

关节1图所示(19日)。目前15毫米间隙的增加迅速的第2列失败。螺栓滑移慢慢用小滑动噪音,和当地的弯曲变形的法兰钢板B可以清楚地观察到随着时间的推移。作者认为,15毫米的间隙变得最大因为关节1中退出X由钢梁有轻微角方向。变形钢板停止当实验模型是稳定的。

关节2图所示19 (b)和19 (c)。负载行为再次在列1和2之间的钢梁,导致较低的凸缘板B脱臼和变形时15毫米的间隙2列的瞬时位移Z方向达到峰值,因为落后的负载Z第2列的位移。的上法兰接头钢板箍和钢梁上翼缘的形式完成整个然后安定下来的旋转中心15毫米的间隙,和钢板略拱在右端。

联合3所示图19日(d)。列A2可以形成链结构X方向和悬臂结构Y方向。的转动刚度Y方向是明显不足的X方向,负荷主要是由列A1、A3。因此,与关节1相比,关节2,和关节4,钢板联合3微小变形。

联合4图所示19 (e)。下法兰钢板B继续脱臼和变形随着时间的推移在15毫米的间隙。列A2正呈现出轻微的旋转现象X方向取决于相邻列的侧向刚度,可以完全抵抗2列的瞬时故障。

总之,混凝土开裂,联合钢铁箍变形,钢梁失败在实验过程中缺席。因此,预制RCS组合框架结构采用“新RCS连接连接”(20.)连接的连接方法演示了增强抵抗逐渐崩溃。只有钢板显示局部变形在实验模型中,但结构的整体稳定性仍是令人满意的,可以取代钢板加固的后期。最后整体的照片如图的实验模型20.。

5。数值分析

完成静态崩溃实验结果基于“新RCS连接连接”(20.]应用SAP2000有限元程序描述实验的连接连接模型,并用于数值分析的非线性动态方法。数值分析结果与试验结果验证了数值分析的有效性。2列的失败时间设置为0.1倍的最大垂直剩余结构的基本周期,和计算步长时间历史条件设置为最大0.005年代来模拟实际的实验进程。第一个时期是垂直期,第二期的0.9倍0.25倍垂直时期瑞利阻尼被认为是,如表所示2,在那里是垂直的时期。有限元模型如图21。

有限元与实验数值之间的比较结果如图(22日),22 (b),22 (c)。联合11Z方向,联合10X方向,联合8Y方向迅速达到峰值位移,然后沿着位移方向往复振动衰减发生故障时刻的列A2。振动停止,直到动态衰减到0,和结构进入稳定发展时期。

第2列的有限元数值结果的Z12世纪后方向稳定在3.58毫米,数值实验结果稳定在3.23毫米12秒后。列的A1的有限元数值试验X在4 s方向稳定在0.898毫米,数值实验结果稳定在1.2秒后0.882毫米。 在哪里R_d是动态放大因子,y_马克斯位移峰值,y_圣是静态位移。的最大R_d在第2列,在哪里y_马克斯= 4.07毫米,y_圣= 3.19毫米,R_d= 1.27586。因此,我们建议R_d是1.28。

实验数值结果未能达到有限元数值结果失真,过滤和动态测试的其他原因。材料的弹性模量的增加在一定程度上的高速度,从而表明实验数值结果小于有限元数值结果。然而,有限元与实验数值结果的总体趋势是一致的。

6。摘要和结论

本研究采用“新RCS连接连接”(20.],我们小组开发的实验模型连接连接类型。实验和数值模拟分析的进步崩溃阻力的预制RCS空间框架结构进行了调查逐步崩溃阻力和预制RCS组合框架结构特点与突然的失败方列。从本研究可以得出以下结论:(1)后剩余结构的变形数值结果是3.6倍最大瞬时变形的数值结果。(一)瞬时最大数值结果显著小于后变形数值结果。(b)的动态响应增加材料的弹性模量和结构变形会降低。(c)螺栓滑消耗振动能量的结构。因此,动态效果显示无显著影响预制RCS组合框架结构,提出动态放大系数是1.28。(2)有限元分析和实验结果之间的一致性验证静态崩溃实验结果的“新RCS连接连接”20.)应用在SAP2000描述实验联合模型是可靠的。(3)弱连接连接的钢板结构失效的一部分。因此,适当措施应适用于加强连接的钢板连接时预制RCS组合框架结构设计抵抗逐渐崩溃。(4)虽然一些钢板轻微变形,其余的RCS的整体稳定结构仍然是完整的。这一发现表明,预制RCS组合框架结构设计符合中国建筑规范(23- - - - - -25)展示了更好的性能在抵制进步的崩溃。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者欣然承认金融支持提供由中国国家自然科学基金(51768044)。作者也很感激“尝试王”和“Moqiang Xiong”他们的帮助在这个研究。

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