基于ABAQUS多跨框架结构托梁抽柱过程监测及模拟仿真分析

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随着我国工业化进程的加快,一些建筑的使用需求发生改变、生产工艺提升以及生产设备发生更换,原本一些按照旧版规范所设计的民用建筑、工业建筑等很多原有建筑已不能满足使用需求,此时往往需要对原有建筑进行加固改造,其中“托梁抽柱”在实际工程比较常见。本文依托山东省枣庄市垃圾焚烧发电厂房“托梁抽柱”改建项目,利用钻孔机凿去拔柱混凝土和钢筋,后安装钢垫和千斤顶进行逐级卸载,监测取得结构整个托梁抽柱过程中关键构件的应力和位移,并采用有限元仿真软件对整个施工过程进行模拟分析,取得以下成果:(1)以山东枣庄某工业厂房“托梁抽柱”项目为实例,根据加固改造方案,制定了结构加固改造施工过程、结构监测点布置方案和“托梁抽柱”过程中抽柱和顶升卸载时监测点的数据收集与处理工作,监测结果显示,抽柱后结构最大应力和位移均处于安全使用范围内,表明了托梁抽柱加固改造方案的可行性与安全性。(2)根据施工图纸进行平面框架精细化建模,采用ABAQUS中的“生死单元”技术,实现了托梁抽柱整个施工工况模拟,将模拟结果与监测结果进行对比发现:监测点钢筋应力模拟误差在2.5%~16%之间,位移误差为4.2%,验证了模型的准确性。表明该模拟方法可为实际托梁抽柱工程模拟提供参考。(3)建立空间框架模型并提取抽柱过程中钢筋应力和位移数据,研究分析上层梁柱构件对托梁抽柱过程中结构应力和位移的影响大小。结果表明:考虑上层梁柱构件后,结构模拟所得的钢筋应力相较于平面框架,应力减小了11.7%~31.5%,位移减小24.5%,即考虑空间协同作用后,上层梁柱提供的额外拉力会使结构应力与变形减小。(4)考虑托梁抽柱过程中,抽柱时间的快慢对结构应力和位移的影响。采用“等效反力法”来代替原有构件对结构的支撑作用,分析不同抽柱时间下结构位移、速度和轴力时程曲线,得出基于位移的结构动力放大系数。结果表明:抽柱时间越快,结构的位移、速度响应越明显,相邻柱的轴力峰值越大,结构动力放大系数也越大。与静力分析相比,结构最大位移和轴力均有较大涨幅,因此进行加固设计时,建议考虑结构快速抽柱下的动力效应。
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