新论文：考虑楼板影响的钢筋混凝土框架边柱连续倒塌试验

Experimental investigation of RC beam-slab substructures against progressive collapse subject to an edge-column-removal scenario

Engineering Structures, Volume 149, 15 October 2017, Pages 91-103

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研究背景

   1995年4月19日，美国Oklahoma市发生了一起恐怖袭击。恐怖分子在Oklahoma市的 Alfred P. Murrah联邦大厦门前引爆了一枚5000磅的汽车炸弹，造成 Alfred P. Murrah联邦大厦发生严重的连续倒塌，168人死亡，其中19名儿童（含4名婴儿）。

图片来源(wikipedia)

事后调查表明，Alfred P. Murrah联邦大厦连续倒塌是由于汽车炸弹导致建筑的边柱受到严重破坏，进而引起破坏在结构内的蔓延，最后引起了连续倒塌。因此，边柱破坏引起的结构连续倒塌问题值得高度关注。

研究概述

    钢筋混凝土框架结构在边柱发生失效后，受双向传力机制的影响其楼盖系统的连续倒塌行为变得更加复杂。本文设计了5个1/3缩尺的试件，包括4个梁－板子结构试件和1个纯框架梁试件。通过分析子结构力-位移关系及材料应变发展规律研究了关键设计参数（板厚、梁高以及抗震配筋）对子结构抗连续倒塌承载力的影响。

   试验结果表明，考虑楼板作用后，试件在小变形阶段（梁机制）抗连续倒塌承载力提高了146%，大变形阶段（悬链线机制）承载力提高了98%。边跨梁-板子结构的抗力主要由沿边缘方向的楼板及梁提供，其中悬链线承载力主要由靠近边缘的框架梁及部分楼板提供。提高抗震设防烈度可以同时提高梁机制及悬链线机制阶段承载力；增加板内配筋能大幅提高悬链线机制承载力，但对梁机制承载力提高有限；增大梁高能有效地提高梁机制阶段的倒塌抗力，但对悬链线机制影响不明显。

试件设计

试验原型结构为一6度6层混凝土框架结构，底层层高为4200 mm，2-6层的层高为3600 mm，结构布置及试验位置如图1所示，试验装置如图2，不同试验子结构对比如图3。图1 结构模型及试验位置（单位：m）

图2 试验装置示意图

本文设计了5个1/3缩尺的试件，包括4个梁－板子结构试件和1个纯框架梁试件，各试件说明如下：

BE1：不带楼板梁试件  SE1：带楼板试件（标准试件）SE2：变板厚（75 mm）SE3：变梁高（200 mm） 

SE4：变抗震设防烈度（8度）

注：SE2由于板厚增加，为了满足规范规定的楼板最低配筋率的要求，SE2楼板配筋量增加

图3 不同试验子结构对比

试验结果

典型试件加载过程如图4所示，各个试件的荷载位移曲线如图5所示。

图4 典型试件加载过程

图5 试件荷载位移曲线
试验主要结论如下：（1）小变形阶段，边跨试件主要依靠两个方向的梁－板的抗弯能力以及边缘方向压拱效应提供倒塌抗力；大变形阶段，主要依靠梁－板内钢筋的悬链线拉力提供抗力。由于楼板的变形不均匀，越靠近边缘框架梁的板内钢筋参与抗弯以及发挥悬链线拉力的贡献越大；（2）楼板可以显著提高边跨区域楼盖系统的抗连续倒塌承载力（梁机制承载力提高146%，悬链线机制承载力提高98%）；（3） 提高抗震设防烈度可以增加梁内配筋，进而同时提高其梁机制及悬链线机制阶段承载力；增大梁高能有效地提高梁机制阶段的倒塌抗力，但对悬链线机制影响不明显；增加板内配筋能大幅提高悬链线机制承载力，但对梁机制承载力提升有限。

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