考虑梁板柱空间协同效应的预应力钢筋混凝土框架结构抗连续性倒塌机制非线性仿真分析

来源 :南昌大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fire1977
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近年来,随着人们对建筑结构使用功能要求的不断提高,预应力混凝土结构因其优异的抗渗、抗裂性能以及节约成本等优点而被愈来愈多的运用在大空间大跨度结构中。而目前国内外众多学者对于结构的连续倒塌研究大部分集中于RC结构,对于PC结构的研究尚少,且基于PC结构的研究基本停留于预应力混凝土构件或平面框架的试验及仿真,鲜有考虑梁板柱空间协同工作对于整体结构抗连续性倒塌的影响,其相关连续倒塌机制尚不明晰,对PC空间框架结构连续性倒塌研究具有重要工程意义和学术价值。本文基于研究现状对考虑梁板柱空间协同工作下PC框架结构连续倒塌进行相关研究,主要研究内容如下:考虑梁板柱空间协同工作下预应力及楼板对PC框架结构的抗连续性倒塌机制的影响研究中,在三维实体退化虚拟层合单元有限元分析程序的基础上,研制了考虑梁板柱空间协同效应的预应力钢筋混凝土框架结构连续倒塌有限元分析程序,并籍此对一榀两层两跨带现浇板RC空间框架结构底层中柱失效工况下的连续倒塌试验和单根有粘结预应力混凝土梁抗弯性能试验进行模拟仿真分析,仿真分析结果同试验结果基本一致,充分验证了本软件适用性和计算的准确性。通过对四层PC框架结构在底层长边中柱、内中柱、短边中柱、角柱失效后的四种工况下竖向连续性倒塌模拟仿真分析,对比PC框架结构和RC框架结构在极限承载力下结构变形、竖向位移等值线、极限荷载下主应力分布、失效柱柱顶荷载位移曲线、梁板内普通钢筋应力及预应力钢筋应力分布及发展情况等,探究在梁板柱空间协同效应下预应力对于结构抗连续性倒塌性能的影响。研究分析表明:在曲线型预应力布筋条件下,预应力效应能有效提升在底层长边中柱、内中柱失效工况下的抗连续倒塌极限承载力及竖向变形能力,预应力效应对底层短边中柱失效工况下的抗连续性倒塌承载力具有一定贡献,而对底层角柱失效工况下的抗连续性倒塌性能影响很小;PC框架结构底层短边中柱失效时与失效柱相连的跨中梁、PC框架结构与RC框架结构在底层长边中柱、内中柱失效时与失效柱相连大跨度贯通梁由初期的“梁抗弯”为主,到后期转变为“压拱”机制;PC框架结构与RC框架底层角柱失效时与失效柱柱相连的两根“外伸梁”以及RC框架结构短边中柱失效时与失效柱相连的跨中梁在加载全过程均以“梁抗弯”为主,且四种工况下,两类结构均未显现“悬链线”机制;预应力效应有助于增强结构底层长边中柱、内中柱、短边中柱失效工况下的压拱机制效应;预应力效应提升了结构在施荷初期的初始抗弯刚度,且有助于延缓与失效柱相连大跨度贯通梁远端梁柱节点的破坏及塑性铰的产生,加速失效柱位置周边梁柱节点的破坏及塑性铰的产生。在底层长边中柱、内中柱、短边中柱失效的工况下,预应力的施加能够使得预应力筋充分发挥“悬索”拉结效应等结论。通过对底层为独立梁格和肋梁楼盖的四层PC框架结构在底层长边中柱、内中柱失效工况下竖向连续性倒塌模拟仿真分析,对比分析四层PC框架结构在极限承载力下的结构变形、主应力分布、竖向位移等值线、极限荷载下主应力分布、梁板内普通钢筋应力分布及发展情况等,探究楼板对于PC框架结构抗连续性倒塌性能的影响。研究分析表明:两种工况下,相对底层为肋梁楼盖的PC框架结构,底层为独立梁格的PC框架结构仅依靠框架梁向周边框架传递荷载,传力机制的削弱导致周边框架梁分担了较少的荷载,呈现较低的应力状态,使得周边框架梁对结构整体抗连续倒塌能力贡献很小;在失效柱区域内,底层为肋梁楼盖的PC框架结构除以梁翼缘方式同框架梁协同受力的部分楼板外,其余楼板均以“板膜偏拉”机制工作;底层为独立梁格和肋梁楼盖的框架结构在连续倒塌过程中与失效柱相连大跨度贯通梁均呈现“梁抗弯”及“压拱”机制,且始终未能显现“悬链线”机制。通过以上研究,论文所获结论可为PC框架结构抗连续性倒塌设计理论及相关工程应用提供借鉴和参考。
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