高温混凝土爆裂对楼板冲击的数值仿真研究

来源 :辽宁石油化工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wffg0907
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随着现代社会经济的高速发展,国内外越来越多的建筑业、交通业也随之蓬勃发展。但是近些年来建筑行业发生火灾的频率也在逐渐上升,众所周知,火灾条件产生的高温不但会给我们的生命和财产带来严重威胁,更重要的是火灾的高温会使建筑结构发生混凝土爆裂,混凝土爆裂所带来的危害远大于单纯的火灾,因此对混凝土爆裂所产生的爆裂碎块对下层楼板影响的研究是十分必要的。本文利用商业有限元分析软件ABAQUS建立了整个楼板模型(包含内部钢筋,箍筋、纵筋等)及混凝土碎块模型,进行了比较全面的有限元分析并得到以下结论:(1)利用有限元分析软件ABAQUS,建立了跌落冲击模型,模拟了混凝土剥落后碎裂冲击下钢筋混凝土楼板的变形和破坏行为。考虑到混凝土成分与温度有关的破坏,通过在整个结构中应用不同的温度场来模拟和研究实际火灾条件下混凝土地板的应力和时间趋势。可以清楚地看到,温度越高,应力越大,由于混凝土材料本身存在热膨胀,并且考虑到混凝土材料在高温中的损伤效果,改变温度时,材料的杨氏模量会随温度的升高而减小,因此应力值随着温度升高而变大。(2)通过分析不同冲击荷载条件下钢筋混凝土楼板的动力响应,研究了冲击混凝土楼板后所得到的应力,等效塑性应变,位移等影响因素及相应的变化趋势。对比分析了不同冲击条件对楼板的诱导结果。根据本文所采用的边界条件,针对每种工作条件提出了相应的经验公式。(3)本文通过控制变量法对比模拟研究了混凝土碎块对钢筋混凝土楼板冲击的影响因素。从跌落冲击位置,跌落冲击高度,冲击力,初始冲击速度等方面,对比分析了影响混凝土楼板冲击作用的四种因素。冲击引起的最大应力集中在地板和立柱的连接位置,表明如果发生冲击,该位置在实际工作条件下是最容易发生破坏甚至损毁。跌落冲击位置附近位置上的应力大于混凝土楼板上的其他位置,并且随着时间累积的等效塑性应变也显示相同的模式。碎片下落的冲击位置越高,对混凝土楼板冲击的影响越大,应力值,位移和等效塑性应变也都具有相同趋势。冲击力越大,对混凝土楼板的冲击越大。当冲击载荷足够大时,混凝土楼板会发生塑性变形,并且整个地板的相应位移将不再经历弹性恢复。随着初始冲击速度的增加,混凝土楼板的冲击响应将变得更加明显,应力和位移也将变得更大。(4)提出了钢筋混凝土楼板和柱组合结构,并模拟了组合结构的变形和破坏对防撞效果的影响。结果表明:与单个混凝土楼板相比,混凝土楼板和柱组合结构在因冲击而产生的应力或位移方面具有优势。根据本文分析的相关因素,针对混凝土爆裂和冲击作用提出了一些保护措施。
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