考虑楼板影响的装配整体式RC框架结构连续倒塌动力响应分析

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我国目前正在大力推广装配式建筑,装配式结构在日常建筑中的应用也越来越广泛,与现浇结构相比,装配式结构存在节点薄弱、整体性差等常见问题。装配式框架结构作为装配式结构主要的结构形式,因此对装配式框架结构抗倒塌性能的研究也愈加重要。楼板作为框架结构重要的传力构件,往往有着不可忽视的作用,在抗连续倒塌中考虑楼板的影响,可以更好的进行结构的连续倒塌设计。本文基于Open SEES有限元平台对五个现浇和装配整体式子结构试验进行模拟,通过对比试验和模拟曲线,验证了对钢筋混凝土子结构模拟方法的正确性。同时,建立三维现浇框架模型并使用非线性动力分析方法对其进行分析,通过对比本文与已有文献中的动力响应规律来验证本文基于Open SEES的非线性动力分析方法的有效性。在模拟方法和分析方法正确的基础上,建立三维装配整体式框架模型并对其进行非线性动力分析,将其动力响应与现浇框架的动力响应情况进行对比,研究不同形式框架的动力响应。最后建立带楼板的装配整体式框架和带楼板的现浇框架模型,研究考虑楼板影响的装配整体式框架的动力响应以及楼板在装配整体式框架中的抗连续倒塌作用;通过对比楼板在装配整体式框架中的作用程度和楼板在现浇框架中的作用程度,来判断楼板在不同形式框架中的重要性。主要研究内容和成果如下:(1)介绍了五个现浇和装配整体式子结构试验的设计,通过Open SEES有限元软件选取合适的单元与材料对五个子结构试验进行建模模拟,并对比试验结果和模拟结果。由对比结果可知:本文选择的单元和材料本构可以较好的模拟钢筋混凝土子结构的抗连续倒塌情况,Joint2D单元可以较好的模拟装配式节点的剪切行为,T形纤维截面梁可以较好的模拟楼板对于结构承载力的贡献。(2)在前述梁柱子结构模拟的基础上建立了一个三维现浇框架,并介绍了结合ETABS和Open SEES对框架进行模态分析并求周期的方法。在前述的方法的基础上对现浇三维框架进行非线性动力分析,设置不同的拆柱位置、不同的拆柱时间,分析失效柱节点的竖向位移情况和关键梁的内力情况,分析三维现浇框架的动力响应,验证了本文基于Open SEES平台进行非线性动力分析方法的合理性。(3)使用Joint3D单元在现浇框架的基础上建立三维装配整体式框架,同样对三维装配整体式框架进行非线性动力分析,研究三维装配整体式框架的动力响应。对比装配整体式框架和现浇框架的动力响应情况,分析不同形式框架的动力响应。由分析结果可知:装配整体式框架中,角柱为最敏感的构件,最易引发连续倒塌;当装配式框架的预制混凝土强度与现浇框架的混凝土强度相同,而后浇混凝土的强度大于预制混凝土强度时,装配整体式框架在不同拆柱位置下的引起动力响应要弱于现浇框架,但对于此种情况下两者抗连续倒塌能力的大小还需考虑其他的因素,后续需要进一步研究。此外,框架的结构类型对结构的动力放大系数影响较小。(4)建立三维带楼板现浇框架以及三维带楼板装配整体式框架。同时对框架进行非线性动力分析,研究考虑楼板影响的三维装配整体式框架的动力响应。对比有无楼板的装配整体式框架的动力响应,分析楼板在装配整体式框架中的作用。建模过程中,为考虑楼板的影响,建立了一种采用T形、L形纤维梁截面模拟楼板受弯作用和梁网模板楼板拉结作用的楼板简化模拟方法。建立带楼板的三维现浇框架,对比楼板在现浇框架和装配整体式框架中对结构动力响应的影响程度,来分析楼板在不同形式框架中的重要性。由分析结果可知:拆柱时间对带楼板的装配整体式框架有着明显的影响,拆柱时间越短,结构动力响应越明显;楼板可以较大程度的提高装配整体式框架的抗倒塌能力,降低局部柱失效后的动力响应;在装配整体式框架中,楼板的作用和重要性在一定程度上要高于现浇框架,在结构设计时应尽量考虑楼板的影响。
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