灌浆套筒连接装配式钢筋混凝土结构爆炸响应研究

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随着我国城市化进程的快速进展以及建筑工业化的发展要求,我国政府近年极力推动预制装配式建筑的应用,灌浆套筒连接作为目前预制装配式结构构件之间的主要连接形式,其连接特性使得连接部位可能存有安全隐患,连接部位一旦发生严重损坏,易导致建筑物局部或整体的倒塌。现今,因恐怖爆炸袭击、生产生活中易燃易爆化工品和燃气使用或处置不当等因素所引发的爆炸事故频频发生。当强烈的爆炸冲击波作用于装配式结构,会致使预制构件的连接部位甚至整个结构发生严重的破坏。当前,对于装配式结构性能的研究主要集中于其连接部位的抗震评估,对其抗爆性研究相对较少。本文利用ANSYS/LS-DYNA软件分别对灌浆套筒连接的装配式钢筋混凝土剪力墙和装配式框架-剪力墙结构的爆炸响应及破坏形态进行数值模拟分析。主要研究工作及成果如下:(1)选取合适的材料本构及算法,建立钢筋混凝土板在爆炸荷载下的有限元模型,并与相关文献中同等条件下的试验结果进行对比分析,验证了有限元建模方法及相关参数选取的有效性。(2)分别建立了现浇钢筋混凝土剪力墙和灌浆套筒连接的装配式钢筋混凝土剪力墙的有限元模型,并介绍了灌浆套筒的模拟及坐浆层界面的处理。通过对比分析两种剪力墙在爆炸冲击荷载下的动态响应及破坏形态,评估了装配式钢筋混凝土剪力墙的抗爆性能。同时对影响装配式钢筋混凝土剪力墙抗爆性能的参数进行了分析,研究表明:增加墙体厚度、炸药远离装配式剪力墙的跨中位置、提高混凝土的强度等级以及加强墙体端部约束,均可降低装配式钢筋混凝土剪力墙中部的峰值位移,能够提升其抗爆性能。(3)分别建立一榀两层现浇框架-剪力墙和灌浆套筒连接的装配式框架-剪力墙的有限元模型,分别对比分析了炸药位于一层框架中心、二层框架中心、剪力墙中心的正前方距墙面0.5m以及右柱中心的正前方距柱面0.5m时的动态响应及破坏过程,评估了装配式框架-剪力墙的抗爆性能。通过数值模拟分析发现,灌浆套筒连接的钢筋混凝土剪力墙抗爆性能较差,坐浆层的界面接触断开后,在爆炸冲击力作用下,该处混凝土易发生失效且钢筋易产生屈服断裂,构件内部的应力波不能有效传递,发生集中脆性破坏;灌浆套筒连接的装配式框架-剪力墙结构整体性较差,爆炸冲击力容易在结构的薄弱部位聚集,使得结构变形较为集中,容易造成结构局部严重损坏。
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