清华大学硕士学位论文

题目：钢筋混凝土梁板子结构在边柱失效下的连续倒塌试验研究

姓名：任沛琪
指导教师：陆新征
2015年

摘要：现有钢筋混凝土（RC）框架结构的抗连续倒塌研究主要针对梁－柱框架骨架，关于楼板对结构抗连续倒塌性能影响的试验研究和理论分析相对缺乏。实际上梁和楼板组成的楼盖系统作为一个整体结构系统共同抵抗连续倒塌，其中楼板对框架梁在连续倒塌中的破坏机理、失效模式、以及抗力/变形发展规律均产生重要影响。本文针对RC框架结构边柱失效这一典型连续倒塌失效模式开展了试验和理论研究。共设计了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，通过静力加载试验研究了RC框架结构边跨区域楼盖系统的抗连续倒塌机理，分析了关键设计参数（包括梁高、板厚和抗震设防烈度）对其抗连续倒塌性能的影响，提出了理论计算方法。主要研究内容与结论包括：
(1) 分析了试件的抗力/变形和关键截面应变的发展规律，结合典型试验现象，研究了边跨区域梁－板子结构的倒塌破坏机理以及不同倒塌阶段的抗倒塌机制。在小变形阶段，边跨区域楼盖系统主要依靠梁－板的抗弯能力以及压拱效应提供倒塌抗力，其中抗弯贡献主要来自于两个方向（边缘方向和垂直边缘方向）的框架梁及其附近一定宽度内的楼板；受边跨区域约束条件和不均匀变形的影响，压拱效应仅发生在靠近边缘的梁和部分楼板。在大变形阶段，楼盖系统的倒塌抗力由梁－板内钢筋的悬链线拉力提供，且受不均匀变形的影响，靠近边缘框架梁的板内钢筋的拉力贡献更大。
(2) 对比分析了纯框架梁试件与梁－板子结构试件，发现楼板显著提高了框架梁的抗连续倒塌承载力，梁－板子结构试件的梁机制峰值承载力比相同截面尺寸的梁试件提高约1.5倍，悬链线峰值承载力提高约1倍。
(3) 研究了不同设计参数（板厚、梁高以及抗震设防烈度）对梁－板子结构连续倒塌抗力的影响。研究表明，梁机制承载力主要受梁截面高度及配筋率影响，增大梁高可以显著提高梁机制峰值承载力；悬链线机制承载力主要受截面配筋面积影响，与截面尺寸无关，增大梁内配筋面积可以显著提高悬链线峰值承载力。
(4) 提出了边跨区域梁－板子结构悬链线机制承载力的理论计算方法，与试验结果对比，证明了该方法具有良好的计算精度。利用试验结果检验了现有连续倒塌规范中的拉结强度法，指出了现有设计方法的不足。提出了改进的拉结强度法，试验验证表明该方法安全可靠且具有一定的承载力储备，适用于工程设计。

关键词：钢筋混凝土框架结构；连续倒塌；边缘柱失效；破坏机理；计算方法