科技成果

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成果名称: 钢筋混凝土空间框架抗连续倒塌加固性能及破坏机理研究

成果登记号: 9612018J0146

第一完成单位: 长安大学

联 系 人: 党栋

成果类型: 基础理论

成果体现形式 : 研究报告

技术领域: 城市建设与社会发展

应用行业: 建筑业

成果简介:

本项目研究内容及成果属于土木建筑结构领域。

由于爆炸、恐怖袭击、地震、火灾等极端荷载作用,建筑物发生连续倒塌,结构抗倒塌性能研究成为当前工程界的热点。国内外学者对钢筋混凝土框架结构的连续倒塌性能进行了较为广泛的研究,现有研究集中在平面框架和不带板框架,忽略了现浇板对结构整体的增强作用。此外,大量现役结构抗连续倒塌性能不足,连续倒塌加固机理亟待研究。本项目针对以上问题,开展了1:3缩尺比例的空间框架子结构连续倒塌及其加固研究,取得的研究结论主要包括以下几个方面:

(1)分析了楼板在框架竖向连续倒塌过程中的受力特点和结构倒塌抗力的构成机制。认为随竖向位移增大,板拉膜机制提供的抗力在总抗力中所占比例逐步提高;基于材料特性与结构尺寸,提出了结构最大水平变形、外推-内收转换临界位移和框架梁破坏临界位移的理论计算方法;建立带板框架连续倒塌的抗力简化计算模型和结构竖向抗力计算公式,提出带板框架连续倒塌竖向承载力验算方法,并给出倒塌的梁转角限值。

(2)采用加筋高性能砂浆(HPFL)-粘钢联合加固技术对RC空间框架的框架梁进行连续倒塌加固并进行倒塌试验,认为加固增强了框架梁的梁拱机制和悬索机制,并使结构极限抗力提高了11.9%。钢绞线先于梁钢筋断裂,延缓了梁的破坏,有效提高了结构延性。基于梁悬索机制的简化计算模型,提出了加固梁竖向抗力计算方法;结合加固层参数和材料特性,提出了加固梁结构的框架梁破坏临界位移计算公式以及加固梁方法的构造措施。

(3)采用HPFL-粘钢联合加固技术对RC空间框架的现浇板进行连续倒塌加固并进行倒塌试验,认为加固板结构抗力峰值增大24.6%,框架梁破坏时间明显延迟。梁破坏后,由拉膜机制提供的结构抗力仍高于未加固结构的极限抗力,证明该加固方法改善了结构的延性。建立了加固板结构的框架梁破坏临界位移计算公式;基于板拉膜机制的简化计算模型,提出了加固板竖向连续倒塌抗力计算方法;验证了加固板构造措施的有效性。

(4)基于SAP2000对原型结构的竖向连续倒塌进行模拟分析,对未加固结构和加固结构进行域划分,提出了以框架梁弯矩需供比(DCR)值为参数的结构倒塌域、关联域和完整域的划分方法。认为倒塌域加固后,关联域显著增大。验证了局部加固能有效增强荷载的传递路径,提高结构抗连续倒塌性能,并提出了结构连续倒塌加固分析设计流程。

本项目研究历时2年,投入研究经费58万元,在国内外学术期刊发表学术论文30余篇,其中,SCI、EI收录12篇,相关成果在郑州市银基商贸城、西安市熙地港商业综合体、西安市小寨赛格国际等多项公共建筑中应用,新增产值481万元,节省支出1395万元,新增利润860万元。科技成果的应用,提高了极端荷载作用下混凝土框架的防灾和功能恢复能力,产生了显著的经济和社会效益。

本项目研究历时2年,投入研究经费58万元,在国内外学术期刊发表学术论文30余篇,其中,SCI、EI收录12篇,相关成果在郑州市银基商贸城、西安市熙地港商业综合体、西安市小寨赛格国际等多项公共建筑中应用,新增产值481万元,节省支出1395万元,新增利润860万元。科技成果的应用,提高了极端荷载作用下混凝土框架的防灾性能和功能恢复能力,产生了显著的经济和社会效益。