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近年来我国积极推行预制装配式结构的发展与应用,与现浇钢筋混凝土结构相比,装配式混凝土结构在意外荷载作用下,结构更容易发生连续倒塌。目前大部分的结构抗连续倒塌研究主要集中于现浇结构,关于装配式混凝土结构较基本只涉及子结构或单一节点。课题组前期对预压装配式预应力混凝土框架结构之前的系列相关研究表明其具有良好的抗震性能和可靠的节点连接性能,本文依托于国家自然科学基金项目的支撑,对预压装配式预应力混凝土框架结构的抗连续倒塌性能进行进一步的研究。
本文依托国家自然科学基金项目的支撑,进行了一榀两层两跨预压装配式预应力混凝土平面框架连续倒塌试验、理论和数值模拟研究。进而研究预压装配式预应力混凝土框架在边柱破坏时的抗连续倒塌能力。以下是本文的主要研究内容与成果。
(1)采用静力试验加载方案进行预压装配式预应力混凝土平面框架在一侧边柱失效下的连续倒塌试验,研究了框架的破坏现象、裂缝发展、位移-荷载曲线、框架层间位移、梁柱钢筋应变、梁柱转角和钢绞线应力的等。
(2)通过对荷载-位移曲线、框架水平位移以及梁柱转角进行分析,将框架的受力过程大致分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性铰发展阶段以及倒塌阶段。框架在小变形阶段,受力机制为“梁机制”,框架柱有外倾趋势;在倒塌阶段时,框架内部的预应力钢绞线产生的轴向拉力给结构提供了较大的承载力,由于在节点连接处普通钢筋未连接,对于倒塌抗力的影响极小,但可以有效抑制梁间裂缝产生。
(3)采用有限元分析软件abaqus对试验框架进数值分析,详细介绍了模型的建立过程。模拟结果与试验结果进行对比,荷载位移曲线和破坏模式与试验实际情况吻合良好,模型可靠性高,能反应试件在各个加载阶段的受力性能。
(4)通过对试验结果与相关数据进行分析表明,结构在达到承载力极限前的变形主要来源时中柱靠近失效边柱梁端截面的塑性铰转动,此时结构的破坏主要由梁中柱靠近失效边柱梁端截面控制。提出了一种简化的结构抗力分析模型,推导出结构抗倒塌极限承载力的计算方法,为相关设计方法的建立提供参考。
(5)通过对试验中倒塌破坏点对应的损毁状态的研究表明,结构的破坏主要集中在梁铰附近。由此建立简化计算模型,计算结构倒塌临界点的位移。对比分析了数值计算结果与试验检测结果,精确度较高。
(6)从能量的角度对结构连续倒塌过程进行分析,提出一种简化且有效的结构连续性倒塌非线性动力响应评估方法,并基于能量平衡原理,采用简化动力分析方法对结构在动力荷载作用下的抗连续倒塌性能进行分析,求得结构的动力响应曲线、最大动力响应荷载。可作为初步判定结构抗连续性倒塌性能依据。
本文依托国家自然科学基金项目的支撑,进行了一榀两层两跨预压装配式预应力混凝土平面框架连续倒塌试验、理论和数值模拟研究。进而研究预压装配式预应力混凝土框架在边柱破坏时的抗连续倒塌能力。以下是本文的主要研究内容与成果。
(1)采用静力试验加载方案进行预压装配式预应力混凝土平面框架在一侧边柱失效下的连续倒塌试验,研究了框架的破坏现象、裂缝发展、位移-荷载曲线、框架层间位移、梁柱钢筋应变、梁柱转角和钢绞线应力的等。
(2)通过对荷载-位移曲线、框架水平位移以及梁柱转角进行分析,将框架的受力过程大致分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性铰发展阶段以及倒塌阶段。框架在小变形阶段,受力机制为“梁机制”,框架柱有外倾趋势;在倒塌阶段时,框架内部的预应力钢绞线产生的轴向拉力给结构提供了较大的承载力,由于在节点连接处普通钢筋未连接,对于倒塌抗力的影响极小,但可以有效抑制梁间裂缝产生。
(3)采用有限元分析软件abaqus对试验框架进数值分析,详细介绍了模型的建立过程。模拟结果与试验结果进行对比,荷载位移曲线和破坏模式与试验实际情况吻合良好,模型可靠性高,能反应试件在各个加载阶段的受力性能。
(4)通过对试验结果与相关数据进行分析表明,结构在达到承载力极限前的变形主要来源时中柱靠近失效边柱梁端截面的塑性铰转动,此时结构的破坏主要由梁中柱靠近失效边柱梁端截面控制。提出了一种简化的结构抗力分析模型,推导出结构抗倒塌极限承载力的计算方法,为相关设计方法的建立提供参考。
(5)通过对试验中倒塌破坏点对应的损毁状态的研究表明,结构的破坏主要集中在梁铰附近。由此建立简化计算模型,计算结构倒塌临界点的位移。对比分析了数值计算结果与试验检测结果,精确度较高。
(6)从能量的角度对结构连续倒塌过程进行分析,提出一种简化且有效的结构连续性倒塌非线性动力响应评估方法,并基于能量平衡原理,采用简化动力分析方法对结构在动力荷载作用下的抗连续倒塌性能进行分析,求得结构的动力响应曲线、最大动力响应荷载。可作为初步判定结构抗连续性倒塌性能依据。