【局部破坏后板柱结构受力机理分析的文献综述2900字】

第一章绪论56第一章绪论硕士研究生学位论文局部破坏后板柱结构受力机理分析的文献综述与传统的框架结构相比，板柱节点很显然是整个板柱结构的薄弱环节，如果采用一般的构造措施，加大柱帽的做法，在地震作用下有可能导致柱子的破坏。由于板柱节点具有有限延性而不能耗散更多的输入能量，节点可能发生突然的脆性破坏，然而结构抗震设计规范中规定的强柱弱梁原则又不能简单地应用到板柱结构中。此外，板柱结构的整体安全性与很多不确定因素有关，易发生穿透破坏进而引起最终的连续倒塌。就现行的设计规范而言，在偶然荷载的作用下结构的整体安全系数很难用该数理统计的方法得到。又由于偶然荷载出现的概率极小，但一旦出现可能造成部分构件或结构的损害，如果结构不能及时的消耗掉偶然荷载在节点处产生的能量或是阻隔破坏的发展，结构最终会沿着水平或是竖直方向发生连续倒塌。因此，板柱结构在不同条件荷载作用下的破坏形式和失效机理以及提供可靠的备用荷载传递路径是预防板柱结构穿透破坏及连续倒塌的重要环节。结构的连续倒塌根本的原因是其承载模式或是边界条件发生了改变，造成结构部分单元超出极限承载能力而失效，局部破坏之前荷载和内力进行重分布，剩余构件必须寻找可替代的备用荷载传递路径，从而导致剩余子结构的承载条件发生改变，从而引起相邻构件的失效并进行新一轮的荷载与内力的重分布。此过程会一直持续到剩余子结构找到新的平衡状态，也就是消耗掉因单元失效而转化的能量或是重新寻找到稳定的传递荷载路径[32]。很多学者在其研究过程中指出框架结构柱在失效后会发生侧移或是无侧移缩短[33-39]，这时，结构承载里大幅度下降甚至退出结构竖向承载体系，然而上部结构的空间连续性，必然会在一定范围内产生新的承载体系和荷载传递路径。如下图1.7(1.7a~1.7d)所示。a.框架空腹效应b.次桁架作用a.Effectofframefastingb.Effectofsecondarytruss对于板柱结构而言，结构的抗连续的倒塌设计可以充分利用无梁板的承载力储备[40]。如图1.8所示，受约束板在均布荷载作用下，荷载-挠度曲线[41]。当时加荷载时，支座附近及跨中截面下部由于板受弯而开裂，截面的刚度值下降，板跨内中性层形成拱形，截面受压区形成拱支撑，板外边缘会产生外侧的变形。这时，相邻跨提供的轴向约束使板的变形收到一定的限制，这将使板内产生轴向压力，也就是压拱作用。此过程一直会持续至最初破坏（A点），板破坏形式为冲切破坏或是弯曲破坏。因为相邻跨约束了板外侧水平方向的位移，压力薄膜效应是该阶段主要承载体系，并显著提高了板的承载力[42]。c.梁的悬链效应d.板的拉力薄膜效应c.Catenaryactionofbeamsd.Effectoftensilmembrane图1.7柱子失效后框架结构承载机制Fig.1.7Bearingmechanismofframestructureaftercolumnfailure图1.8板柱结构受理机制转换过程Fig.1.8Transformationprocessofacceptancemechanismofslabcolumnstructures破坏过程中，板外侧的水平位移开始逐渐降低，板的挠度变形逐渐增加，混凝土压力薄膜效应会逐渐消失，承载力持续下降至最低点（B点）。随着板挠度的持续增加，板侧水平位移会又向外转为向内，板的平面内力体系会从混凝土压力薄膜效应转化为钢筋的拉力薄膜效应。该阶段，由于板底面具有较大的拉应变，裂缝会迅速贯通直整个板的厚度，混凝土的抗拉强度会降低至零，即混凝土失效退出工作，外部荷载将全部由纵筋承担。此外，当受压区混凝土达到极限压应变时，受压混凝土逐渐退出工作。此时，板挠度会迅速增加，只靠钢筋的“悬挂作用”来承担与传递荷载。当钢筋达到极限应变时钢筋发生断裂（C点）（从混凝土中抽出或是拉断），板将彻底失效[43-44]。1.1拉力薄膜效应拉力薄膜效应是用来解释钢筋混凝土双向板在进入大变形进程之后的受力机理，双向板在大变形以后主要通过其纵向受拉钢筋形成索网抵抗外界荷载作用。框架梁的悬索效应与板的拉力薄膜效应的产生有相似点。悬索作用则是指钢筋混凝土梁在大变形状态下直接由纵向钢筋的轴力承担竖向荷载的现象[45-46]。过去许多国内外学者在板柱结构是严重往往以板柱节点的抗冲切承载力作为研究的首先要讨论的目标。同时，由于试验设备条件有限，经常人为引入破坏标准来结束试验。例如板承载能力显著下降或是位移增加到某一极限值等，与之对应的描述是构件的失效或是结构的破坏。然而，板柱节点并没有完全丧失其承载能力，结构也未发生完全的倒塌。1964年Park[47]对均布荷载作用下板的受力特点进行了试验研究，作者提出了能够预测班拉力薄膜效应承载力的分析模型，并提出了荷载与中心挠度的关系式；Black[48]随后对该关系式的使用条件作了进一步的修改，是预测结果更加精确。1971年，Brothie[49]等学者选择使用纵向受力钢筋配筋率和板厚度作为研究参数，对方形板在各种边界条件（固支和简支）下受力特点进行试验研究。试验结果显示，边界条件对板的极限承载力影响很大，但对拉应力薄膜效应阶段的承载力影响并不显著。Hawkins[50]等学者提出了简化叠代法对混凝土板拉力薄膜效应进行计算分析，假设板在大挠度条件下的变形形态为圆形，忽略混凝土的抗拉强度，结合钢筋的本构关系，通过不断增加钢筋应变值并进行叠代的方法，实现对板拉力薄膜效应的曲线的分析研究。1.2压力薄膜效应最初，很多学者在研究钢筋混凝土结构体系中水平构件的受力机理时，对混凝土板的压力薄膜效应研究较多，但对于钢筋的悬索作用研究甚少。1961年，Wood[51]和Park[52]等学者最先研究了钢筋混凝土约束板的压力薄膜效应，随后众多学者陆续对起展开了大量的试验与理论研究，并提出了能够预测压力薄膜效应的解析式和简化分析方法。近些年，很多学者也对板压力薄膜效应作出了很多研究贡献。Salim和Sebastian[53]博士采用配有环形钢筋的钢筋混凝土板来模拟板的边约束条件，基于塑性理论和修正后的Mohr失效准则得出了侧向板抗冲切承载力的上限解析解，并采用修正的弹塑性弯曲理论对混凝土压力薄膜效应进行计算分析，最终取得了较好的成果；李国强[54-55]等学者对板的压力薄膜效应战卡了有限元分析，并提出了相对应的计算方法；王刚[56]等基于钢筋混泥土板压力薄膜效应的受理机制和极限状态下的集合条件，以侧向约束荷载为中间参数，提出以附加承载力理论为基础的压力薄膜效应的承载力计算方法；综上所述，对于板柱结构来说，钢筋混凝土约束板的拉力薄膜效应和压力薄膜效应可以提高抗冲切承载力。参考文献谷凡,吴敏,刘永军.板柱结构抗火性能研究综述[J].建筑与预算，2017(3):32-41.ACommittee.ShearandDiagonalTensionPart3,SlabsandFootings[J].JournalACIProceedings,March,1962,59(3).TayerFW,ThompsonSE,SmulskiE.TheoryandDesignofConcreteandReinforcedConcreteStrctures[J].ChemicalEngineeringProgress,1995,91.ElstnerR.C,HongestadE.ShearingStrengthofReinforcedConcreteSlabs[C].Proceedings.ACI,1956,53:138-148.MoeJ.ShearingShearingStrengthofReinforcedConcreteSlabsandFootingsUnderConcentratedLoads[J].DevelopmentBulletin047,PortlandcementAssociation,1961:56-54.DavidYitzhaki.PunchingStrengthofReinforcedConcreteSlab.ACIJournalVol.63,1966:527-546.HawkinsNM,CriswellME,Roll.F.ShearStrengthofSlabswithoutShearReinforcementinReinfocedConcrete.ACIPublicationSP-42,1974,2.MarzoukH,HusseinA.ExperimentInvestigationontheBehaviorofHigh-StrengthConcreteSlabs[J].ACIStructuralJournal,1992,88(6):701-713.PhilippeMenetrey.AnalyticalComputationofPunchingStrengthofReinforcedConcrete[J].ACIStructuralJournal,1996,93(5):503-511.PhilippeMenetrey,Walther,Zimmermarm,etal.SimulationofPunchingFailureinReinforced-ConcreteStructures[J].JournalofStructureEngineering,1997,123(5):652-659.PhilippeMenetrey.RelationshipBetweenFlexrualandPunchingFailure[J].ACIStructuralJournal,1998,95(4):412-419.RonaldoB,Gomes,PaulE.Regan.PunchingResistanceofRCFlatSlabswithShearReinforcement[J].1999,125(6):684-692.KinnunenS.PuncingofConcreteSlabswithTwo-wayReinforcementwithSpecialReferencetoDowelEffectandDeviationofReinfocementfromPolarSymmetry[M].ElanderBokryckeriAktiebolag,1963.KinnunenS,NylanderH.PuncingofConcreteSlabswithoutshearreinforcement[M].ElanderBokryckeriAktiebolag,1960.AnderssonJ.L.PuncingofConcreteSlabswithshearreinforcement[J].InstitutionenforByggnadsstatikKungligaTekniskaHogskolan1963,76(H4):100-104.TheodorakopoulosD.D,SwamyR.N.UltimatePunchingShearStrengthAnalysisofSlab-ColumnConnections[J].CementandConcreteComposites,2002,24:509-521.MiguelFernandezRuiz.PunchingShearofRestrainedReinforcedConcreteSlabsunderFireConditions[C].Proceedingsof8thInternationalConferenceonStructuresinFire,Shanghai,2014:443-450YaserMirzaei.Post-PunchingBehaviorofFlatSlabs[J].ACIStructuralJournal2013,110-S66：801-812.JinrongLiu,YingTian,SarahL.VulnerabilityofDisproportionateCollapseinOlderFlatPlateBuildingsSu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