爆炸荷载下混凝土框架结构连续倒塌数值分析

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当前,建筑结构在防连续倒塌设计的相关研究还不能充分满足设计需求,在有关结构连续倒塌实际分析中,考虑冲击波在刚性地面的反射作用及剩余构件初始状态等因素能提高计算分析精度。同时,对钢筋混凝土框架结构抗爆设计和结构防连续倒塌设计具有一定的指导作用。本文以非线性动力分析理论方法为基础,应用PKPM软件得到抗震设防烈度为6度的钢筋混凝土框架的配筋信息,运用有限元软件ABAQUS/Explicit,在已有试验模型和研究的基础上,建立了一榀框架结构的三维有限元模型。主要研究工作如下:(1)全文研究了率相关、爆炸冲击波在地面的反射作用对钢筋混凝土框架结构的影响随爆心与测点之间的距离(R)的变化。(2)关键柱破坏后,分析对比各种工况在不同距离和不同爆炸当量下,框架结构的破坏情况和一层梁柱结点混凝土损伤情况及相关节点的应力变化,分析不同距离和不同爆炸当量对框架结构连续倒塌的影响。(3)基于以上连续倒塌分析结果,研究了剩余构件(柱)的初始速度对混凝土框架结构连续倒塌的影响。根据混凝土损伤经验公式,结合考虑剩余构件初始速度前后的混凝土应力应变数据,提出剩余(梁、柱)构件混凝土弹性模量损伤的近似计算公式。通过以上数值分析,得出如下结论:(1)网格化分时,借鉴以往网格划分的经验,结合了沙漏现象的判断条件来选取网格的尺寸,使网格划分更加合理。(2)在做防爆和抗连续倒塌设计时,应充分考虑冲击波在刚性地面的反射作用引起结构内力的附加效应。(3)在考虑剩余构件初速度以后,结构破坏明显加剧。特别是各个工况底层柱的梁柱节点和柱底节点都更快的进入破坏状态。因此,在做工程设计时,充分考虑剩余构件的初始状态可以提高分析的准确性与安全性。(4)本文在通用抗连续倒塌分析方法—GSA法(备用荷载路径法)的基础上,考虑了刚性地面反射作用和剩余构件初始速度对结构连续倒塌的影响,进一步提高了GSA法的分析精度。
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