考虑粘结滑移影响的装配式RC框架结构抗连续倒塌性能

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钢筋与混凝土间的粘结滑移现象是连续倒塌大变形下不可忽略的重要影响因素。试验的昂贵性,耗时以及场地设施与空间的有限性,利用试验的形式来研究各种参数的影响并不切实际。现有研究通过预设弹簧的宏单元节点能够考虑粘结滑移,但它需要复杂的预处理步骤处理实体单元主节点与桁架单元从属节点的配对,并且自由度与单元的增加显著增大了计算成本与敛散性。因此本文通过假定粘结应力的分布,计算钢筋与混凝土间的滑移量。基于ABAQUS的UMAT(用户自定义材料子程序)与的滑移量的计算,采用Fortran语句编制了一种修正钢筋本构模型,即把滑移量等效于塑性铰区钢筋单元的本构关系中。在塑性铰区采用这种修正钢筋本构模型,模拟了5个PC与1个RC子结构,通过对比试验值,从荷载位移曲线与梁转动角度两个方面,研究了粘结滑移效应对抗连续倒塌性能的影响。模拟结果表明:不考虑钢筋与混凝土间的粘结滑移,将导致子结构中压拱峰值承载能力的提高、梁底钢筋断裂提前、减少了悬链线阶段的区间位移。本文分析了PC新旧混凝土叠合面粗糙度、节点形式、空间效应、混凝土强度等级(梁内)、配筋率(梁底、梁顶)、梁跨长(跨高比)、边柱抗侧刚度、层数对PC子结构抗连续倒塌性能的影响。其模拟的结果结论:(1)当叠合面摩擦系数达到1.0及以上时,梁的转动能力PC几乎等同于RC结构。开槽水平搭接形式能够满足抗连续倒塌的要求。在压拱峰值点前,空间模型能够近似由平面与悬臂模型的叠加。但随着竖向位移的进一步增大,近中柱端一侧梁底钢筋的优先断裂与平面外横向梁的弯曲、轴向伸长导致了中柱柱头在平面内与平面外发生扭转效应。扭转效应对子结构的抗连续倒塌是不利的。(2)梁混凝土强度对抗连续倒塌性能的影响是有限的。梁底配筋率对压拱作用影响较大,但对于悬链线的影响较小。较高的梁顶配筋率对子结构中的压拱效应和悬链线效应的发展起着积极的作用。较小跨高比的子结构更容易通过压拱作用而不是悬链线作用来提供抗力,且随着跨高比的增大,悬链线效应逐渐增大,当达到一定值时悬链线效应大于压拱效应。考虑实际结构中周边结构的约束作用,可以显著的提高压拱与悬链线承载能力,这对抗连续倒塌来说是有利的。随着层数的增大,子结构中的压拱作用与悬链线效应逐渐降低。(3)周育泷/王雄的CAA计算公式更加贴切于试验值,而规范的计算公式偏于保守与安全。通过非线性拟合,得到了考虑扭转效应影响的折减系数。这种计算公式对应非保守点占比为8.8%。
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