何慶鋒 鄧穎婷 易偉建

摘? ?要：鋼筋混凝土框架梁在倒塌過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷大變形受力階段，為研究鋼筋黏結(jié)滑移效應(yīng)對(duì)其抗倒塌性能的影響，特別是懸索階段的受力特性，基于OpenSees非線性有限元分析平臺(tái)以及一組鋼筋黏結(jié)滑移模型參數(shù)，采用梁柱節(jié)點(diǎn)單元對(duì)約束梁子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值驗(yàn)證，計(jì)算結(jié)果有效反映了結(jié)構(gòu)的彈性與塑性變形、壓拱效應(yīng)以及懸索階段的受力特性，且與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好.基于計(jì)算結(jié)果，對(duì)一榀單層和一榀三層平面框架結(jié)構(gòu)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值模擬，并分析了層數(shù)和跨數(shù)對(duì)平面框架結(jié)構(gòu)抗倒塌性能的影響以及倒塌受力機(jī)理.

關(guān)鍵詞：梁柱節(jié)點(diǎn)單元;黏結(jié)滑移;抗倒塌性能;梁柱子結(jié)構(gòu);鋼筋混凝土框架;數(shù)值模擬

中圖分類(lèi)號(hào)：TU311.41? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674—2974（2019）09—0001—10

Abstract：Reinforced concrete（RC） frame beams will undergo large deformation stages in the process of collapse. In order to study the influence of bond-slip effect of reinforcing bars on the progressive collapse resistance of RC frame beams， especially in the suspension stage， the beam-column joint element was used to numerically validate the experimental results of a restrained beam substructure on the basis of OpenSees nonlinear finite element analysis platform and a set of parameters in the bond-slip model of reinforcing bars. The analysis results effectively reflect the elastic and plastic deformation， arch-compression effect and mechanical characteristics of the suspension stage of the structure， which are in good agreement with the experimental results. On the basis of the above analysis results， further simulations were conducted in a single-story plane RC frame structure and a three-story plane RC frame structure. In addition， the effects of number of stories and spans on the collapse-resistant performance of the plane frame structure were investigated. The force mechanism was also analyzed.

Key words：beam column joint element;bond slip;collapse-resistant performance;beam-column sub-structure;reinforced concrete frames;numerical simulation

建筑結(jié)構(gòu)的防連續(xù)倒塌是結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn).鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)入大變形階段后的受力特性發(fā)生了較大的改變，采用有限元來(lái)精確地模擬其變形過(guò)程與承載能力變化對(duì)于結(jié)構(gòu)的整體安全性能評(píng)估有著重要的意義.

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)梁柱結(jié)構(gòu)的連續(xù)倒塌進(jìn)行了大量試驗(yàn)與數(shù)值模擬分析[1-5]，梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域的性能直接影響到結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能與承載能力，特別是對(duì)于以懸索機(jī)制為主的倒塌受力模式的子結(jié)構(gòu)，鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)與滑移能夠顯著影響其抗倒塌性能. 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)[6-8]表明，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的剪切失效，縱筋黏結(jié)滑移破壞，交界面剪切失效是節(jié)點(diǎn)區(qū)域可能出現(xiàn)的主要受力破壞機(jī)制，節(jié)點(diǎn)區(qū)縱筋的黏結(jié)滑移效應(yīng)對(duì)梁端轉(zhuǎn)角和撓度在縱筋屈服后有明顯影響.梁內(nèi)縱筋的黏結(jié)滑移能夠影響處于大變形階段的結(jié)構(gòu)抗倒塌性能，節(jié)點(diǎn)區(qū)域的非線性特性對(duì)整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響[1，9].Lowes等人[2]基于OpenSees分析平臺(tái)開(kāi)發(fā)了梁柱節(jié)點(diǎn)單元（Beam Column Joint Element），國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)單元非線性特性進(jìn)行了研究與驗(yàn)證[3，10].

本文擬基于OpenSees分析平臺(tái)，采用梁柱節(jié)點(diǎn)宏模型單元[2]來(lái)模擬平面框架結(jié)構(gòu)的梁柱節(jié)點(diǎn)大變形區(qū)域，其它區(qū)域采用非線性梁?jiǎn)卧獊?lái)進(jìn)行模擬分析.為模擬節(jié)點(diǎn)區(qū)域大變形階段鋼筋混凝土中鋼筋與混凝土間的黏結(jié)與滑移現(xiàn)象，采用了梁柱黏結(jié)滑移彈簧模型，對(duì)一個(gè)約束梁柱子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值模擬驗(yàn)證，并對(duì)多個(gè)鋼筋混凝土平面框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行移柱后抗倒塌數(shù)值模擬計(jì)算分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究了多層及多跨框架結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能.

1? ?數(shù)值計(jì)算模型

1.1? ?節(jié)點(diǎn)區(qū)黏結(jié)滑移彈簧模型

為了較好地模擬倒塌過(guò)程大變形受力階段的節(jié)點(diǎn)區(qū)域鋼筋與混凝土間存在的黏結(jié)滑移現(xiàn)象，本文采用Eligehausen等人[11]和Shima等人[12]提出的基于平均黏結(jié)強(qiáng)度的黏結(jié)應(yīng)力滑移模型定義受拉縱筋的黏結(jié)強(qiáng)度;采用Viwathanatepa等人[13]提出的模型定義受壓區(qū)鋼筋的黏結(jié)強(qiáng)度，具體取值見(jiàn)表1.受壓鋼筋滑移元件應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系基于文獻(xiàn)[2]中的計(jì)算規(guī)則進(jìn)行計(jì)算.

根據(jù)圖1中的應(yīng)力應(yīng)變分布關(guān)系，對(duì)截面受力進(jìn)行分析可知，受壓區(qū)彈簧力可用一個(gè)與受壓鋼筋所受壓力相關(guān)的函數(shù)表示為：

由于受拉區(qū)混凝土對(duì)節(jié)點(diǎn)傳力的影響非常小，可近似認(rèn)為所有的拉力都是由縱向鋼筋通過(guò)黏結(jié)力傳入節(jié)點(diǎn)，由下式定義受拉區(qū)彈簧力為：

峰值應(yīng)力點(diǎn)之后的剛度及滑移值采用文獻(xiàn)[2]中的建議進(jìn)行取值，鋼筋峰值應(yīng)力點(diǎn)后滑移量限制在3 mm內(nèi)，峰值點(diǎn)后剛度取初始彈性剛度的-10%.由于本文重點(diǎn)關(guān)注結(jié)構(gòu)在未破壞前的抗連續(xù)倒塌性能，將峰值應(yīng)力點(diǎn)后滑移量值取偏小值0.5 mm.

1.2? ?梁柱節(jié)點(diǎn)單元

本文擬采用的梁柱節(jié)點(diǎn)模型如圖2所示.梁柱節(jié)點(diǎn)模型由核心剪切塊彈簧、鋼筋滑移彈簧以及交界面剪切彈簧組成.

場(chǎng)理論（MCFT）的計(jì)算軟件Vector2[14]計(jì)算. 節(jié)點(diǎn)縱筋的黏結(jié)退化引起的節(jié)點(diǎn)剛度和強(qiáng)度的退化采用零長(zhǎng)度滑移元件模擬，節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)梁上下側(cè)以及柱左右側(cè)縱筋分別建立鋼筋滑移元件.本文為了簡(jiǎn)化計(jì)算，按文獻(xiàn)[11]中的相關(guān)建議將交界面處的剪切彈簧簡(jiǎn)化成一個(gè)彈性模量無(wú)限大的彈性彈簧.

1.3? ?材料本構(gòu)及分析參數(shù)

本文基于OpenSees計(jì)算平臺(tái)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性靜力Pushdown分析，在本章算例分析中，采用Lagrange法進(jìn)行邊界約束.為考慮結(jié)構(gòu)大變形引起的幾何非線性問(wèn)題，梁采用Co-rotational方法;柱采用P-Delta方法.材料本構(gòu)選用考慮受拉軟化的Concrete02材料，考慮箍筋作用，核心區(qū)混凝土采用修正后的Kent-Park本構(gòu)，鋼筋選用基于Pinto鋼筋本構(gòu)模型的Steel02材料.

2? ?算例驗(yàn)證

2.1? ?約束梁柱子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)?zāi)M

梁柱結(jié)構(gòu)作為框架結(jié)構(gòu)的子結(jié)構(gòu)，抗倒塌設(shè)計(jì)時(shí)如能確保子結(jié)構(gòu)在柱失效后不發(fā)生倒塌破壞，那么整體結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌的風(fēng)險(xiǎn)將大大降低.懸索作用效應(yīng)能夠顯著改善框架結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能，為研究結(jié)構(gòu)的懸索作用受力機(jī)理與影響因素，文獻(xiàn)[15]設(shè)計(jì)了一組約束梁柱子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，試驗(yàn)裝置示意圖如圖3所示，試驗(yàn)通過(guò)約束試件的軸向變形，采用改變鋼筋等級(jí)、配筋率來(lái)研究其懸索作用，受力全過(guò)程中的受力特性與破壞機(jī)理.試驗(yàn)結(jié)果表明，約束梁柱子結(jié)構(gòu)懸索作用非常明顯.

基于OpenSees非線性計(jì)算程序，本文采用黏結(jié)滑移的梁柱節(jié)點(diǎn)單元對(duì)此試驗(yàn)進(jìn)行了模擬計(jì)算，計(jì)算中考慮了支座水平位移變化，構(gòu)件材性計(jì)算參數(shù)見(jiàn)表2、表3. 梁柱節(jié)點(diǎn)單元中的計(jì)算參數(shù)如表4、表5所示，梁柱交界面剪切彈簧選用Elastic材料本構(gòu)，按文獻(xiàn)[11]中的建議進(jìn)行取值，試驗(yàn)方法為試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)移除中柱底端千斤頂后，采用電液伺服作動(dòng)器在中柱頂端連續(xù)施加荷載直到梁柱子結(jié)構(gòu)發(fā)生倒塌破壞.

為探討?zhàn)そY(jié)滑移在倒塌全過(guò)程數(shù)值計(jì)算中的作用，分別對(duì)考慮黏結(jié)滑移以及未考慮黏結(jié)滑移兩種工況進(jìn)行了建模和計(jì)算.計(jì)算中采用在中柱處進(jìn)行位移控制加載的非線性靜力Pushdown分析，中柱柱頭荷載-位移計(jì)算與試驗(yàn)對(duì)比曲線如圖4所示.

由圖4可知，考慮黏結(jié)滑移模型的計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，特別是懸索作用模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好;未考慮黏結(jié)滑移時(shí)，彈性、塑性階段與試驗(yàn)結(jié)果較好吻合，但懸索階段計(jì)算值明顯高于試驗(yàn)值，這是由于進(jìn)入懸索作用大變形階段后，由于受拉作用導(dǎo)致鋼筋與混凝土間產(chǎn)生了滑移從而使得承載能力有所降低，因此，在倒塌全過(guò)程計(jì)算中合理考慮黏結(jié)滑移后能顯著提高計(jì)算精度.

2.2? ?單層平面框架試驗(yàn)?zāi)M

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文提出的考慮節(jié)點(diǎn)縱筋黏結(jié)滑移效應(yīng)的模型對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)倒塌全過(guò)程模擬計(jì)算的情況，對(duì)一個(gè)單層平面框架結(jié)構(gòu)在中柱失效后的倒塌擬靜力試驗(yàn)進(jìn)行了模擬計(jì)算[16]，試驗(yàn)裝置圖如圖5所示，材料性能參數(shù)如表6所示.在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)，移除中柱下端千斤頂后，中柱頂端分步靜力加載來(lái)模擬中柱失效后余下結(jié)構(gòu)受到的不平衡荷載在逐漸增大的過(guò)程.

中柱柱頭位移-荷載曲線以及水平位移-荷載曲線分別如圖6、圖7所示，中柱柱頭位移-荷載曲線計(jì)算值與試驗(yàn)值在彈性、懸索階段吻合良好，在彈塑性、塑性階段略有偏差;水平位移-荷載計(jì)算值與試驗(yàn)值相比略有偏差，這主要是由于地基梁抗彎剛度不足，產(chǎn)生向上撓曲引起的.由荷載位移曲線可知，單層框架結(jié)構(gòu)拱作用較明顯，但懸索作用不明顯，懸索作用極限承載能力只相當(dāng)于拱作用機(jī)制時(shí)的0.8倍左右，這主要是由于柱的側(cè)向剛度較小引起的.

2.3? ?三層平面框架試驗(yàn)?zāi)M

多層多跨平面框架由于側(cè)向剛度、梁柱節(jié)點(diǎn)處轉(zhuǎn)動(dòng)剛度的約束以及多層框架梁柱形成的空腹作用，使得其抗倒塌性能與約束梁以及單層單跨框架結(jié)構(gòu)結(jié)果存在較大差別. 為驗(yàn)證本文的數(shù)值計(jì)算方法在多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)分析中的有效性，采用上述計(jì)算方法對(duì)三層四跨鋼筋混凝土平面框架結(jié)構(gòu)抗倒塌擬靜力試驗(yàn)[17]進(jìn)行模擬計(jì)算，其試驗(yàn)裝置圖如圖8所示，材料性能參數(shù)如表7所示. 試驗(yàn)方法為通過(guò)分步卸載柱下千斤頂來(lái)模擬中柱的失效過(guò)程.

中柱柱頭位移-荷載曲線以及底層框架水平位移-荷載曲線分別如圖9、圖10所示. 從圖中可知，考慮了黏結(jié)滑移后，試驗(yàn)值與計(jì)算值吻合良好，進(jìn)入懸索階段后承載力部分計(jì)算值比試驗(yàn)值略偏大，這主要是由于擬靜力試驗(yàn)到了懸索大變形階段后是分兩次完成，導(dǎo)致大變形后部分?jǐn)?shù)據(jù)略偏小.從荷載位移曲線可以看出，平面框架結(jié)構(gòu)從壓拱作用向懸索作用機(jī)制轉(zhuǎn)換過(guò)程不明顯（圖中對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)約為位移150 mm），結(jié)構(gòu)由于懸索作用導(dǎo)致極限承載能力有所提高，大約相當(dāng)于拱作用機(jī)制承載力的1.4倍.

3? ?抗倒塌性能分析

3.1? ?結(jié)構(gòu)影響分析

3.1.1? ?邊跨跨數(shù)影響

支撐構(gòu)件失效后的梁柱結(jié)構(gòu)倒塌受力性能與側(cè)向約束有關(guān)，其直接影響拱作用以及懸索效應(yīng)的發(fā)展. 為研究平面框架邊跨跨數(shù)對(duì)框架結(jié)構(gòu)的整體抗連續(xù)倒塌性能的影響，采用本文考慮黏結(jié)滑移的有限元計(jì)算方法，采用鋼筋拉應(yīng)變10%作為倒塌破壞準(zhǔn)則，并基于文獻(xiàn)[17]的試驗(yàn)?zāi)Ｐ涂蚣?，分別選取邊跨為兩跨、四跨、六跨、八跨平面框架結(jié)構(gòu)模型（配筋及結(jié)構(gòu)截面尺寸均與文獻(xiàn)[17]中框架一致）進(jìn)行非線性靜力Pushdown分析，有限元模型如圖11所示，計(jì)算結(jié)果如圖12、圖13以及表8所示.

計(jì)算結(jié)果表明：隨著跨數(shù)的增加，側(cè)向約束剛度增大，塑性承載能力提高，倒塌極限承載能力以及位移均有所增加，但增加的幅度有所減小;除此之外，懸索作用效應(yīng)也更加明顯，這是因?yàn)橐浦恢孟噜徚憾说募s束隨跨數(shù)的增加相應(yīng)增強(qiáng)，側(cè)向抗彎剛度相應(yīng)有所增加.計(jì)算結(jié)果也表明，移除構(gòu)件法進(jìn)行平面框架抗倒塌分析時(shí)，為提高計(jì)算效率和計(jì)算精度，至少應(yīng)選用六跨簡(jiǎn)化模型進(jìn)行抗倒塌計(jì)算與評(píng)估.

3.1.2? ?框架層數(shù)影響

失效柱上方的框架結(jié)構(gòu)層數(shù)對(duì)整體倒塌受力性能影響較大. 隨著框架結(jié)構(gòu)層數(shù)的增加，不平衡荷載的荷載傳遞路徑有所增加，失效柱上方直接相連的框架梁是防止連續(xù)倒塌的第一道防線，其受力性能是防止倒塌的關(guān)鍵所在.為研究平面框架結(jié)構(gòu)失效柱上方結(jié)構(gòu)層數(shù)對(duì)抗連續(xù)倒塌性能的影響以及倒塌過(guò)程中的受力機(jī)制，基于文獻(xiàn)[17]中的試驗(yàn)框架模型參數(shù)（配筋及結(jié)構(gòu)截面尺寸均與文獻(xiàn)[17]中框架一致），依次選取單層、三層、五層、七層、九層、十一層平面框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性靜力Pushdown分析，有限元模型如圖14所示，中柱柱頭荷載-位移曲線如圖15所示，框架水平位移與中柱卸載位移關(guān)系曲線如圖16所示，計(jì)算結(jié)果如表9所示，其中水平位移負(fù)值表示框架向外側(cè)移動(dòng)，正值表示框架向內(nèi)側(cè)移動(dòng).

改變框架層數(shù)計(jì)算結(jié)果表明：隨著層數(shù)的增多，塑性位移增大，壓拱作用導(dǎo)致的底層最大水平位移減小，單層平均塑性承載能力、壓拱階段與懸索階段承載能力均在降低，這說(shuō)明采用單層或者子結(jié)構(gòu)來(lái)評(píng)估移柱后的多層框架結(jié)構(gòu)會(huì)高估其整體抗倒塌能力.

3.2? ?受力機(jī)理分析

3.2.1? ?壓拱效應(yīng)

移柱后框架結(jié)構(gòu)在經(jīng)歷了彈性變形后，隨著裂縫的開(kāi)展逐漸形成壓拱作用受力機(jī)制，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在壓拱推力作用下向外運(yùn)動(dòng)從而使得承載能力有所提高，且隨著跨高比減小而增大，隨著抗彎鋼筋配筋率減小而增大[18]. 由改變層數(shù)的計(jì)算結(jié)果（表9）可知，壓拱作用會(huì)導(dǎo)致承載能力提高約10%（相對(duì)于塑性機(jī)構(gòu)），且隨著移柱上部樓層的增加，平均壓拱效應(yīng)減小，這是由于壓拱作用導(dǎo)致的底層水平外推位移減小.由改變邊跨跨數(shù)計(jì)算結(jié)果（表8）可知，邊跨為八跨時(shí)拱機(jī)制承載能力和底層框架水平位移比兩跨時(shí)分別提高約2.16%和降低約28.51%，這是由于壓拱效應(yīng)大小與側(cè)向約束有關(guān)，隨著側(cè)向約束的增大（邊跨跨數(shù)增多），壓拱作用效應(yīng)有所增強(qiáng).

3.2.2? ?塑性機(jī)構(gòu)

在框架到達(dá)塑性階段時(shí)，裂縫開(kāi)展，框架梁梁端的塑性鉸逐漸形成. 此時(shí)的梁端截面受拉鋼筋屈服，受壓區(qū)保護(hù)層混凝土被壓碎退出工作后，塑性彎矩達(dá)到極限值，截面產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)動(dòng). 當(dāng)框架所有梁端都形成塑性鉸時(shí)，以單層框架為例，結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)變?yōu)槿鐖D17所示的幾何可變體系. 對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行塑性分析，可得到結(jié)構(gòu)的極限荷載值，不同層數(shù)框架極限荷載的計(jì)算值和模擬值以及試驗(yàn)值對(duì)比如表9所示，其中單層塑性計(jì)算值為：

由表9可知，三層平面框架結(jié)構(gòu)的塑性計(jì)算值與試驗(yàn)值較接近，且不同層數(shù)框架的有限元模擬結(jié)果與計(jì)算值也吻合良好. 隨著框架層數(shù)的增加，塑性承載能力在減小，這主要是由于柱側(cè)向變形以及軸向變形導(dǎo)致不同樓層框架梁端塑性鉸發(fā)展程度存在差異引起的.側(cè)向約束剛度對(duì)結(jié)構(gòu)的抗倒塌性能影響較大. 改變計(jì)算跨度結(jié)果表明（表8），隨著側(cè)向約束剛度的增大，塑性承載能力有所提高.

3.2.3? ?懸索效應(yīng)

隨著豎向變形的逐步增大，梁端塑性鉸由于受壓區(qū)混凝土破壞而逐漸失效，框架主要依靠梁內(nèi)受拉鋼筋來(lái)承擔(dān)不平衡荷載，且該荷載是由框架梁內(nèi)軸力產(chǎn)生的豎向分力來(lái)抵抗. 同時(shí)框架梁內(nèi)軸力產(chǎn)生的水平分力也會(huì)對(duì)鄰邊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生受拉作用，此時(shí)，移柱后的框架結(jié)構(gòu)會(huì)經(jīng)歷從塑性階段向懸索階段受力過(guò)程的轉(zhuǎn)換（如圖18所示）.

由表8所示的改變邊跨跨數(shù)計(jì)算結(jié)果可知，懸索效應(yīng)與側(cè)向約束有關(guān)，隨著側(cè)向約束剛度的提高（邊跨跨數(shù)增多）懸索效應(yīng)和極限變形也相應(yīng)增加.從表9改變平面框架結(jié)構(gòu)層數(shù)的計(jì)算結(jié)果中可以看出，隨著計(jì)算層數(shù)的增加，平均極限承載能力降低：相對(duì)于塑性承載能力，極限承載能力從提高56.53%降為28.09%;相對(duì)于壓拱階段承載能力，極限承載能力從提高36.41%降為17.85%，這表明隨著樓層的增多，由懸索效應(yīng)導(dǎo)致的極限承載能力提高的幅度在降低. 對(duì)比圖3約束梁試驗(yàn)結(jié)果以及文獻(xiàn)[19]中空間框架試驗(yàn)結(jié)果（考慮了樓板）可知，這主要是因?yàn)殡S著變形的增加，多層框架梁、樓板進(jìn)入塑性階段后的發(fā)展順序、程度以及失效退出而進(jìn)入懸索階段的比例隨變形的增加存在一定程度的差異造成的，因此，在考慮了現(xiàn)澆樓板以及多層框架空間梁的共同作用下，移柱后的框架極限承載能力可以采用塑性承載能力進(jìn)行預(yù)估.

3.2.4? ?框架空腹梁效應(yīng)

進(jìn)一步分析表9中改變結(jié)構(gòu)層數(shù)的計(jì)算結(jié)果可知，平均承載能力（塑性階段、壓拱階段、懸索階段）均隨著計(jì)算層數(shù)的增加而降低. 這說(shuō)明在多層框架結(jié)構(gòu)中，各層梁端由于側(cè)向剛度、變形不一樣而導(dǎo)致受力特性有所差別，從而使得整體平均承載能力低于單層計(jì)算結(jié)果. 這也是空腹梁效應(yīng)作用的結(jié)果，空腹梁效應(yīng)是移柱后框架結(jié)構(gòu)荷載進(jìn)行重分布的主要原因之一[20-21].

對(duì)于單層框架梁來(lái)說(shuō)，移柱后梁由于向下變形會(huì)在梁端產(chǎn)生內(nèi)力，梁端受到側(cè)向約束的作用，經(jīng)歷明顯的壓拱效應(yīng)、塑性變形等受力過(guò)程. 對(duì)于多層框架結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，由于空腹梁作用，各層梁端產(chǎn)生的內(nèi)力由于柱的彎曲變形而形成新的彎矩來(lái)抵抗荷載，從而導(dǎo)致單層與多層框架梁的受力性能有所差異，且由計(jì)算結(jié)果可知，移柱后的多層框架結(jié)構(gòu)底層受拉變形最大，是引發(fā)倒塌的最薄弱部位，是多層框架結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌的最重要防線.

4? ?結(jié)? ?論

本文基于OpenSees非線性分析平臺(tái)，考慮節(jié)點(diǎn)區(qū)域黏結(jié)滑移特性，采用梁柱節(jié)點(diǎn)單元對(duì)梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行模擬，分別對(duì)約束梁柱子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)、單層以及三層平面框架試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算;分析了結(jié)構(gòu)跨數(shù)和層數(shù)對(duì)抗倒塌性能的影響;研究了鋼筋混凝土平面框架結(jié)構(gòu)的倒塌受力機(jī)理，得到以下結(jié)論：

1）考慮鋼筋黏結(jié)滑移效應(yīng)能夠顯著提高移柱

后鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗倒塌數(shù)值模擬精度，能較好地模擬結(jié)構(gòu)在懸索作用大變形階段的受力過(guò)程.

2）改變平面框架邊跨跨數(shù)模擬計(jì)算表明，隨著跨數(shù)的增加，側(cè)向約束剛度增大，塑性承載能力以及倒塌極限承載能力均提高，懸索作用效應(yīng)更加明顯.采用移除構(gòu)件法進(jìn)行框架抗倒塌設(shè)計(jì)時(shí)，為提高計(jì)算效率和計(jì)算精度，至少選用6跨簡(jiǎn)化模型進(jìn)行抗倒塌計(jì)算與評(píng)估.

3）改變平面框架層數(shù)數(shù)值計(jì)算表明，隨著移柱上部結(jié)構(gòu)層數(shù)的增加，塑性位移在增大，壓拱作用導(dǎo)致底層最大水平位移減小，單層平均塑性承載能力、壓拱與懸索機(jī)制承載能力均降低，采用單層或者子結(jié)構(gòu)來(lái)評(píng)估移柱后的多層框架結(jié)構(gòu)會(huì)高估其整體抗倒塌能力.

4）移柱后平面框架在豎向荷載作用下，結(jié)構(gòu)會(huì)存在明顯的壓拱作用效應(yīng)、塑性機(jī)構(gòu)、懸索效應(yīng)以及空腹梁效應(yīng)，隨著側(cè)向約束剛度（邊跨跨數(shù)）的增大，塑性、壓拱以及懸索作用承載能力均得以提高，且壓拱作用會(huì)導(dǎo)致承載能力提高大約10%（相對(duì)于塑性機(jī)構(gòu)），隨著移柱上部樓層的增多，平均壓拱效應(yīng)會(huì)減小.考慮了現(xiàn)澆樓板以及多層框架空間梁的共同作用下，移柱后的框架極限承載能力可以采用壓拱階段承載能力進(jìn)行預(yù)估.

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