中柱失效下ECC梁柱子结构连续倒塌机制研究

来源 :福州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LIUCHANGQI2003
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混凝土框架结构遭遇偶然荷载作用,致使承重柱破坏后,与失效柱直接相连的梁能否发挥悬链线机制对结构的抗连续倒塌性能影响重大。约束梁远端具备一定的转动能力能使得构件更好发挥悬链线机制。PVA-ECC材料具备良好的延性性能,极限拉应变可达3%以上,极限压应变也优于普通混凝土材料。因此,用ECC替代普通混凝土材料可以改善构件变形能力和梁端转动能力,增加构件产生悬链线机制的可能性。以此为出发点,本文对框架结构在中柱失效下的情况,展开了PVA-ECC梁柱子结构连续倒塌机制研究。主要的研究内容及结论如下:(1)为了验证ECC材料是否有利于构件发挥悬链线抵抗机制,制作2榀1:2比例的两跨梁柱子结构,一根ECC构件,一根普通混凝土构件,用MTS电液伺服加载系统对构件进行竖向单调静力加载。通过观察试验现象,分析荷载-位移曲线、构件变形情况、钢筋应变和耗能情况等,对比ECC构件和普通混凝土构件抗连续倒塌性能的异同。结果表明:ECC试件在中柱处的梁底部纵筋率先断裂,发挥了悬链线效应,而普通混凝土试件在边柱处的梁顶部纵筋率先断裂,未产生悬链线抵抗机制。(2)为研究梁远端顶部纵筋配筋率对ECC构件抗连续倒塌性能的影响规律,以上述试验中的ECC构件为对比件,同时制作了梁顶部纵筋配筋率提高了33%的ECC试件并进行加载,试验结果表明:构件能够在纵筋截断处出现局部塑性铰提供转动能力;随着梁顶纵筋配筋率的提高,显著增大了悬链线抵抗阶段的荷载和位移最大值。(3)基于实体单元法,使用有限元软件Abaqus对ECC试件进行了数值模拟。ECC单轴受拉本构关系采用线性硬化-软化模型,钢筋应力-应变本构关系使用三折线模型,用柔性金属损伤模型考虑钢筋颈缩断裂。从损伤云图、荷载-位移曲线特征点和耗能等角度将数值模型与试验结果进行对比验证,结果表明:数值模拟结果与试验吻合良好,能耗误差控制在了10%以内。(4)采用经验证与校准的Abaqus有限元模型,对ECC框架结构抗连续倒塌性能的影响因素进行分析。考虑了梁配箍率、梁底纵筋配筋率、构件边界条件和不同位置失效柱等参数,分析构件损伤断裂现象、荷载-位移曲线、弦转角和耗能能力等,结果表明:当构件侧向约束不足或构件失效位置不同时,会引发结构的破坏标志发生改变;梁顶部纵筋配筋率对悬链线抵抗阶段影响最显著,梁底纵筋配筋率对弹性阶段和压拱阶段影响最明显。
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