爆炸荷载作用下预应力装配式混凝土框架结构局部破坏与连续倒塌分析

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近些年来,装配式结构体系被广泛使用,中建技术中心在结合国内外装配式结构体系优势的基础上,提出了一种预应力装配式混凝土框架结构新体系,并对其抗震性能进行了系统的研究。与传统的等同现浇装配式混凝土框架结构相比,预应力装配式混凝土框架结构新体系节点采用干式连接,提高了施工速度,未来将应用于学校、住宅、政府建筑等。然而,国内外恐怖袭击事件频繁发生,由于爆炸荷载作用下导致的建筑结构的连续倒塌事故时有发生,造成巨大的经济损失以及人员伤亡,因此对于预应力装配式混凝土框架结构新体系,除了需对其抗震性能进行系统研究外,还需对其在爆炸荷载作用下的动力响应及连续倒塌性能评价进行深入的研究。本文以中建技术中心提出的预应力装配式混凝土框架结构体系为研究对象,建立预应力装配式混凝土结构的有限元模型并验证模型选用材料类型以及参数的正确性,柱作为结构主要受力构件以及防连续倒塌的关键构件,为了更为准确得到预应力装配式混凝土结构柱的抗爆性能,提出合理的柱边界条件简化模型并分析影响柱抗爆性能的关键参数,在此基础上,对预应力装配式混凝土框架结构进行连续倒塌评价并分析影响其倒塌性能的关键参数,主要研究工作及研究成果如下:(1)运用ANSYS/LS-DYNA软件建立预应力装配式混凝土空间节点有限元模型,与已有试验作对比,验证模型选用材料以及参数设置的正确性。(2)根据预应力装配式混凝土框架结构的特点,提出结构柱柱顶约束刚度理论计算方法,建立了爆炸荷载作用下预应力装配式混凝土框架柱破坏分析的简化模型;基于建立的简化模型,通过参数分析研究了影响预应力装配式混凝土框架柱抗爆性能的关键因素,结果表明轴压比和混凝土强度分别对柱中残余位移和最大位移影响较大,局部箍筋加密能满足柱抗爆设计要求。(3)采用非线性动力分析方法,研究了爆炸荷载作用下预应力装配式混凝土结构平面框架结构的动力响应和抗连续倒塌性能,并与现浇结构作对比,分析两者连续倒塌机制的异同点,梁机制阶段两种结构抗力相同,悬链线机制阶段预应力装配式结构优于现浇结构。(4)在爆炸荷载作用下预应力装配式混凝土框架柱破坏分析简化模型的基础上,优化柱的竖向边界条件,建立了计算爆炸荷载下预应力装配式混凝土框架结构倒塌位移的简化模型,提出了爆炸荷载作用下预应力装配式混凝土框架结构抗倒塌性能评价方法。
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