RC空间框架结构抗连续倒塌的楼板效应试验研究中国地震局工程力学研究所

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RC空间框架结构抗连续倒塌的楼板效应试验研究

发布时间： 2022-03-09 点击数量：554

研究背景：

建筑结构在其使用寿命中，极可能遭遇极端荷载，如地震、爆炸、冲击，不可避免地造成建筑结构局部损伤或者破坏，从而极可能导致大规模结构破坏或连续倒塌的连锁反应。楼板作为RC框架结构中的主要的竖向传力单元之一，在抗连续倒塌中起到了重要作用。然而目前在连续倒塌方面的研究多是单以构件或者平面框架结构的试验研究，完全以空间框架结构为对象的试验研究还很少，实际上梁、柱以及楼板作为一个整体结构体系共同抵抗连续倒塌，因而空间框架试验才能更好反应实际工程结构中的梁板柱协同作用。因此研究三维空间内楼板对空间框架连续倒塌的破坏机理、失效模式、以及抗力-变形发展规律的影响成为目前的研究热点和本文主要解决的问题。

研究方法及结果：

通过对比3个大比例尺的空间框架连续倒塌试验，探究楼板对RC空间框架结构抗连续倒塌性能影响，可以得到以下结论：

1）以漩口中学教学楼为原型结构，设计了3个单层2×2跨1/3缩尺模型。包括2个带楼板子结构和1个纯框架子结构。通过拟静力加载试验研究RC框架结构在拆除中柱状态下的连续倒塌破坏过程（图1），分析了子结构的力-位移关系受力机理。

2）对比分析了带楼板子结构与纯框架子结构试验结果（图2），考虑楼板与纯框架相比，梁“压拱效应”和板“压薄膜效应”协同叠加，梁机制峰值承载力提高了145%。楼板的“拉薄膜效应”对悬链线机制峰值承载力提高了75%。楼板的“薄膜效应”显著提高了梁机制和悬链机制的承载能力（图3），提高了结构的抗连续倒塌能力。

3）研究了板厚对结构抗连续倒塌能力的影响，首次发现了增加板厚会导致大变形下梁板不协同作用，板发生冲切破坏（图4），降低了悬链线阶段的承载力和延性，这与二维结构试验观察到的结果正好相反，说明了实际三维结构倒塌机理的复杂性。

该成果发表在国际权威期刊《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，*通讯作者）。

图1 试验模型加载装置图

图2 梁和楼板的抗力贡献分解图

图3 梁和楼板在2阶段的倒塌机制

图4 S2试件板顶和板底裂缝图

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