论文部分内容阅读
近年来,随着装配式建筑结构的大力推广,广泛应用的装配式钢筋混凝土框架结构存在遭受偶然性或事故性冲击破坏的可能,而作为主要的竖向承重构件的装配式钢筋混凝土框架柱的抗冲击性能对整个结构体系的抗冲击性能影响至关重要,因此亟待对其冲击性能进行深入研究,从而为装配式钢筋混凝土框架结构的抗冲击设计提供必要参考。本文主要通过落锤冲击试验与数值模拟的方法,对PC框架柱及RC框架柱的破坏效应及动态响应进行了深入研究,具体开展的工作如下:(1)依据规范和相关文献并结合实际工程设计了RC和PC框架柱的冲击试验方案,包括RC和PC框架柱的设计和制作、试验装置的设计以及量测装置的布置等。同时对钢筋、混凝土块及灌浆料进行了材性试验,获取了实测抗拉、抗压强度。(2)利用落锤试验机对3个RC框架柱和5个PC框架柱进行了落锤冲击试验,并利用高速摄像机对试件的裂缝发展过程进行了记录和分析。通过研究试件的冲击试验现象、破坏模式、冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线、钢筋及混凝土的应变时程曲线、耗能能力等,探讨了不同冲击能量、冲击速度以及轴压比对PC框架柱和RC框架柱动态响应和破坏效应的影响规律,并对PC框架柱与RC框架柱的动态响应和破坏效应进行了差异分析。试验结果表明,RC柱较PC柱表现出较好的整体性能及冲击性能;较大的冲击能量及冲击速度可明显提高PC柱的冲击力峰值,缩短冲击力持续时间,轴压比的增大也会缩短冲击力持续时间,但是对冲击力峰值几乎没有影响;冲击能量对装配式钢筋混凝土柱侧向变形的影响较大;轴压比的存在会导致PC柱斜裂缝发展不对称,且冲击能量相对较大,轴压比为0.3时,试件会发生严重的剪切破坏。(3)基于落锤冲击试验,采用LS-DYNA有限元软件建立了3个RC框架柱及5个PC框架柱的数值模型,对PC和RC框架柱遭受落锤冲击的全过程进行了仿真模拟。通过对比试件的塑性应变损伤云图、冲击力时程曲线及跨中位移时程曲线,验证了试验结果与数值模拟结果的一致性。通过改变低冲击能量下试件的轴压比,进一步对PC框架柱进行了参数化分析,发现低冲击能量下,轴压比在0.2~0.5的范围内,轴向荷载会增大PC柱的局部破坏程度以及整体破坏程度,同时会增大PC柱的跨中位移,降低PC柱的抗冲击能力。