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钢筋混凝土平板框架结构的渐进倒塌性能
魏建义1；张凡珍2和Sashi K.Kunnath，F.ASCE3
文摘：在结构抗倒塌设计中，了解意外极端荷载下的主要结构破坏机理和替代荷载路径是很重要的。 采用准静态实验方法模拟单层混凝土平板柱结构中柱的突然损失。 在两个相同的大型模型的一系列实验中，结构的内部、外部和角柱在结构的制造过程中被机械千斤顶所取代。 在施加强度增大的均匀载荷后，卸载了代表损失柱的千斤顶。 在第一个模型测试中，内部柱被移除，向下的集中载荷也被施加在内部柱的上端，直到结构倒塌。 在塌陷试验中，观察了平板柱结构的弹性行为、屈服线机制、压缩和拉伸膜作用。 研究结果为板柱结构在关键柱拆除时的荷载传递机理提供了有价值的信息。 多伊：10
。 1061/(ASCE)st.1943-541x.0000963.
作者关键词：接触网作用；倒塌实验；平板；膜作用；渐进倒塌；钢筋混凝土框架；屈服线；混凝土和砌体结构。
导言
钢筋混凝土平板施工系统在世界许多地区的住宅、办公和工业建筑中得到了广泛的应用。 该系统具有降低模板成本和施工时间，便于安装等优点。 减少的层高和增加的建筑自由设计也导致较低的整体建设和维护成本。 然而，板柱连接在重力和/或地震荷载作用下容易发生脆性冲孔破坏。 密歇根州杰克逊市一座平板式办公楼的逐渐倒塌是在混凝土被放置在四楼， 被支撑到二楼( 菲尔德1964年)。 卢等人的调查。(1982在佛罗里达的公寓倒塌事件中，得出的结论是，倒塌的最可能原因是五楼楼板的冲切能力不足，无法抵抗强加的建筑荷载。 1973年，弗吉尼亚州亚历山大市一座30层的公寓楼在建造过程中倒塌。 倒塌的原因是，在放置第24层时，过早拆除了第23层楼板以下的支撑物，而第23层的这一部分的强度很低，而这部分没有共享(Carino等人。 1983)。 波士顿公寓综合体的失败归因于质量控制问题和由于施工错误和过度 的 施 工 负 荷 而 导 致 的 板 坯 深 度 不 足 ( 国 王 和Delatte2004)。 美国混凝土研究所的报告
1湖南大学土木工程学院教授，湖南长沙，410082，中国（相应作者）。 电子邮件：wjyi@hnu.edu.cn 2国立大学基础教育学院讲师。国防技术，长沙，湖南410072，中国；前，博士。 d. 学生，
湖南大学，中国。 电子邮件：fanzhen_zhang@sina.cn
3系教授。 民事和环境。 工程，大学。 加州，
戴维斯，CA95616；尊敬的客座教授，湖南大学，中国。 电子邮件：skkunnath@ucdavis.edu
注。 这份手稿于2013年4月18日提交；2013年10月3日批准； 2014年4月9日在线出版。 讨论期开放至2014年9月9日；个别论文必须单独提交讨论。 本文是结构工程学报的一部分， copy;ASCE ， ISSN0733-9445/04014048（10）/$25.00。
ACI-ASCE委员会426(1974在1964年阿拉斯加、1967年委内瑞拉和1971年圣费尔南多地震中，板柱连接的多次冲压剪切破坏，后来导致了几次板柱连接地震行为的实验试验(Morrison 等人。 1983; 潘和鼹鼠 1992; Durrani等人。 1995).
结构因地震、爆炸和其他极端荷载而逐渐倒塌，造成人员伤亡和经济损失。 自1968年22层罗南角公寓楼部分倒塌以 来，许多工程师和研究人员一直致力于防止渐进倒塌。 继美国的事件之后(Sozen等人。 1998; Shyam-Sunder2005在过去十年中，重要建筑物的设计理念和实践发生了几次变化。 建筑结构对逐渐倒塌的抵抗一直是改进结构设计规范的一项重要的持续努力。 国防部(DoD)提供了一些抗倒塌设计指
南)(2013)和总务管理局)(2003)。 渐进倒塌的实验工作仅限于框架结构。 萨萨尼等人的实验。 (2007)和Sasani和 Sagiroglu(2008)包括一楼柱的动态拆除，但这些试验只产生位移较小的弹性反应。 从那时起，用于观察渐进倒塌过程中局部和全局响应的实验测试主要集中在准静态测试上。 Sasani和Kropelnicki(2008研究了周长柱丢失后框架结构中周长梁的响应。 Yi等人。 (2008提出了一种模拟钢筋混凝土框架结构中柱去除的静态实验方法。 这两个试验都证实了静态试验的可行性，以模拟渐进倒塌的影响，如负荷的再分配
和初始-
接触网在大变形下的作用。
除了麦克吉尔大学进行的一些板坯塌陷试验(米切尔和库克1984年一项分析研究，研究了平板建筑中柱损失的影响(霍金斯和米切尔1979年)， 并简要调查雪荷载作用下的崩塌(Murtha-Smith1995年)，对钢筋混凝土平板柱结构抗倒塌性能的研究几乎
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04014048-11
在文献中不存在。 考虑到平板结构对板柱连接的冲剪破坏的脆弱性，了解临界柱损失后的抗倒塌性能是相当有意义的。一般来说，在混凝土结构设计规范中，要求柱条中的部分纵向钢筋穿过柱，以防止渐进倒塌[GB-500102010 还有美国人混凝土研究所(ACI)-3182011]. 在平板中的接触网或拉伸膜作用可能成为柱损失后的主要载荷再分配机制。 缺乏对平板结构的相关实验研究，阻碍了设计概念的发展，以解决这种结构的逐渐倒塌。 本文介绍了在两个相同的单层2times;2湾钢筋混凝土平面板柱结构上进行的倒塌试验结果。 第一个模型用于模拟内部柱的损失，第二个模型分别用于模拟外部柱和角柱的损失。 对第二个模型的测试特别重要，因为当一个外部柱或角柱丢失时，RC板柱结构的渐进倒塌风险相对较大。 本文的研究证明了采用静态卸载方法模拟柱损失和研究平板柱结构抗倒塌行为的可行性。 实验数据将为RC平板塌陷行为提供急需的知识库框架。
模型2显示28天抗压强度为35.3MPa。 注意，测试是在混凝土浇筑后40天进行的。 板有一个名义上的10毫米透明混凝土覆盖顶部和底部钢筋，导致平均有效深度74毫米。 表1 提供板和柱钢筋的细节。 最终设计与ACI-318中的要求相当。 例 如，考虑到在中国建筑规范中，典型内部跨度的负和正算矩占总算量静态矩的67%和33%，而在ACI中，这些值分别为65%和35%。 在中文代码中，柱和中间条之间的分布为负矩的75%和25%，正矩的55%和45。 负矩在ACI中的分布也是75%和 25%，而正矩的分布是60%和40。 同样，ACI和中国代码在端跨上的最大差异对于总静力矩的分布是5%的。 由于这些差 异，板坯最终加固要求的可能变化是可以忽略不计的。 每个模型中未损坏的柱都是在固定在实验室坚固地板上的基础梁上浇筑的。在第一个模型中，内部柱被机械千斤顶取代，用于控制柱损失的模拟。 在第二个模型中，外部柱和角柱被插孔替换， 以实现渐进倒塌模拟(也如图所示。 1).
平板框架模型的细节
根据中国混凝土结构施工规范(GB-500102010)，设计建造两个相同的2times;2湾单层钢筋混凝土平板柱模型结构，其比例为1：2.34。 尺度因子的选择取决于实验室强地板的锚点间距。 原型结构表示一个多层图书馆建筑或仓库，其死负荷(DL)和活负荷(LL)值对应于5.25kN=m2 和5kN=m2分别按照中国标准(GB-500092001)。 层高1.445m，90mm厚钢筋混凝土板sup-在213毫米方形柱上移植，跨度2.564米，如测量之间 列中心。 的 模型 板柱 结构 也是 已经周围0.5米的悬臂跨度(图。 1)。 模型结构采用6.5mm直径HR B400钢筋设计，屈服应力452MPa，抗拉强度589MPa，断裂伸长率为20.1。 在模型1中，混凝土有a28天抗压强度39.5MPa(按150mm计算 立方体压缩 力量 的 26.5 MPa) 还有 测试上 混凝土 样本 在
模型1的倒塌试验：内柱损失的模拟
装 载 协 议
承载构件损失后的渐进倒塌是一个动态过程，理论上，弹性系统的最大放大系数高达2.0。 然而，实验模拟动态结构塌陷和准确记录试验数据是困难的。 事实上，在文献中报道的任何动态渐进塌陷实验中都没有发生渐进塌陷(Sasani等人。2007; Sasani和Sagiroglu，2008年)。 与超载或设计不足导致的地板塌陷不同，突然的柱损失可能是撞击或爆炸载荷的结果。 由于在很短的时间内难以测量和记录动态数据，使用准静态测试方法来模拟丢失列的影响是常见的(Sasani和Kropelnicki ， 2008 年; Yi 等人。 2008; Sadek 等人。2011)。 虽然准静态试验不考虑动态和应变速率效应，但它们仍然为地方和全球一级的力再分配提供了非常有价值的见解，这有助于制定塌陷缓解战略。
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1. 显示柱清除模拟的测试模型示意图：(A)模型1-中间柱损失(Z5)；(B)模型2-外部柱损失(Z4)和角柱损失(Z9)
表1.模型结构的加固细节
实验室
柱条
加固 束带a 相邻条a 中间地带a 一栏a
底部加固 ϕ6.5@120 ϕ6.5@150 ϕ6.5@150 ϕ4#14
顶钢筋 ϕ6.5@70 ϕ6.5@90 ϕ6.5@150
a尺寸以mm为单位；ϕfrac14;直径；根据中国混凝土结构设计规范，平板柱结构柱条内的梁条应设计附加钢筋。 梁条宽度为483mm(213mmthorn;1.5times;2times;90mmfrac14;483mm)。
Alashker等人的研究。 (2010)建议，在整个板坯上施加一个增量增加的均匀载荷提供了一个更现实的场景来估计渐进倒塌阻力，而不是在被移除的柱的位置上施加一个集中的向下载荷。 因此，第一阶段的塌陷试验是使用增量增加均匀加载，高达设计负荷的两倍(考虑到GSA建议的动态效应)。然后，为了获得模型结构在内部柱损失后的剩余容量，在内部柱存根上施加了一个不断增大的向下集中荷载（在下推模拟过程中施加的板载恢复到指定的设计荷载）。
采用砂袋、叠层砂和铁重对模型结构施加均匀载荷。 在板坯中心区域施加的总均匀载荷是设计载荷的两倍，而在外围板坯带上施加的载荷等于设计载荷，如图所示。 2(b)。初，均布荷载对应设计荷载(10.25kN=m2)分为四个阶段(图中标记为1-4。 3随后，在五个阶段施加额外的均匀载荷(图中标记为5-9。 3在中部地区达到总负荷对应的两倍设计负荷(20.5kN=m2).
各之后记录内柱中的轴向力
加载阶段，通过降低机械千斤顶卸载内柱中的轴向力，人为地模拟下层柱的损失。 因此，在静力模式下模拟了平
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