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RC空間框架結構抗連續倒塌的樓板效應試驗研究

發布時間： 2022-03-09 點擊數量：6732

研究背景：

建筑結構在其使用壽命中，極可能遭遇極端荷載，如地震、爆炸、沖擊，不可避免地造成建筑結構局部損傷或者破壞，從而極可能導致大規模結構破壞或連續倒塌的連鎖反應。樓板作為RC框架結構中的主要的豎向傳力單元之一，在抗連續倒塌中起到了重要作用。然而目前在連續倒塌方面的研究多是單以構件或者平面框架結構的試驗研究，完全以空間框架結構為對象的試驗研究還很少，實際上梁、柱以及樓板作為一個整體結構體系共同抵抗連續倒塌，因而空間框架試驗才能更好反應實際工程結構中的梁板柱協同作用。因此研究三維空間內樓板對空間框架連續倒塌的破壞機理、失效模式、以及抗力-變形發展規律的影響成為目前的研究熱點和本文主要解決的問題。

研究方法及結果：

通過對比3個大比例尺的空間框架連續倒塌試驗，探究樓板對RC空間框架結構抗連續倒塌性能影響，可以得到以下結論：

1）以漩口中學教學樓為原型結構，設計了3個單層2×2跨1/3縮尺模型。包括2個帶樓板子結構和1個純框架子結構。通過擬靜力加載試驗研究RC框架結構在拆除中柱狀態下的連續倒塌破壞過程（圖1），分析了子結構的力-位移關系受力機理。

2）對比分析了帶樓板子結構與純框架子結構試驗結果（圖2），考慮樓板與純框架相比，梁“壓拱效應”和板“壓薄膜效應”協同疊加，梁機制峰值承載力提高了145%。樓板的“拉薄膜效應”對懸鏈線機制峰值承載力提高了75%。樓板的“薄膜效應”顯著提高了梁機制和懸鏈機制的承載能力（圖3），提高了結構的抗連續倒塌能力。

3）研究了板厚對結構抗連續倒塌能力的影響，首次發現了增加板厚會導致大變形下梁板不協同作用，板發生沖切破壞（圖4），降低了懸鏈線階段的承載力和延性，這與二維結構試驗觀察到的結果正好相反，說明了實際三維結構倒塌機理的復雜性。

該成果發表在國際權威期刊《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，*通訊作者）。

圖1 試驗模型加載裝置圖

圖2 梁和樓板的抗力貢獻分解圖

圖3 梁和樓板在2階段的倒塌機制

圖4 S2試件板頂和板底裂縫圖

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