某无梁楼盖结构在竖向荷载作用下的受力性能及倒塌分析

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近年来,结构发生连续性倒塌的事例并不鲜见,国内外研究人员对钢筋混凝土结构连续倒塌性能进行了较为广泛的研究,现有研究主要集中于钢结构或混凝土框架等梁柱结构的连续性倒塌,对于钢筋混凝土无梁楼盖结构连续倒塌破坏的研究尚少。无梁楼盖结构作为常用的结构形式,虽然具有节省成本、施工便利等优点,但其发生连续性倒塌的潜在危险因素比传统结构更为复杂,危害性更大。因此,对无梁楼盖结构的受力性能和连续性倒塌的研究非常重要。本文结合一个工程事故实例,利用有限元软件ANSYS研究了无梁楼盖结构在竖向荷载作用下的受力性能及倒塌性能。本文主要研究内容和结论如下:(1)对文献中的试验试件进行模拟分析,以该文献中的实验结果作为参考,验证有限元分析模型计算的准确性和合理性,并提出适合本文有限元分析的建模方式、参数取值和计算方法,为全文的有限元分析奠定基础。(2)对本工程倒塌区域中的一跨无梁楼盖结构进行静力分析,材料参数按照设计值选取,研究板分别在未裂状态、开裂状态和破坏状态下的力学性能,最后通过改变材料属性的方式分析混凝土养护时间对结构承载力的影响,计算不同混凝土龄期下结构的特征荷载值,为后续的整体分析提供理论支持。分析得到:板在未裂时和开裂后均呈现出了明显的板带特征;结构在正常使用阶段主要受裂缝控制,在破坏阶段主要受位移控制;板顶最早的裂缝出现在了板中心的位置,以两条正交十字线形式出现并由板中心不断向四周发展,板底最早的裂缝出现在板边的中间位置并逐渐发展成沿板边的通长裂缝。(3)利用ANSYS软件建立倒塌区域结构的有限元模型,以边界条件和混凝土强度为参数建立四种不同工况,分析结构在各工况下不同覆土厚度及不同汽车作用位置时的受力性能。通过四种工况的对比分析,研究边界条件、混凝土强度、汽车作用位置及覆土厚度对结构倒塌的影响。分析可知,在该工程中,边界条件对结构倒塌的影响要高于混凝土强度;汽车作用位置和覆土厚度属于影响结构倒塌的外界因素,它们主要受边界条件的限制,结构出现自由端时,汽车作用位置和覆土厚度成为影响结构倒塌的主要因素。(4)取倒塌区域中一2×2跨无梁楼盖结构,利用ANSYS软件建立有限元模型,采用非线性动力和非线性静力分析方法,研究拆除中柱后受均布荷载的板在倒塌过程中的动静力特性、破坏过程和受力特点。分析结果表明:当采用动力分析,结构的变形及内力在0.4s后均恢复到稳定状态,证明该无梁楼盖结构抗倒塌能力较好;当采用静力分析,对板持续加载至结构达到极限状态,得到结构的极限荷载值为31kN/m~2。分析板在静力加载过程中的变形及裂缝发展规律,并以极限状态时的板端转角为依据建立结构连续性倒塌的判别准则。(5)基于对实际工程有限元分析的结果,结合结构抗连续性倒塌的设计方法,从建筑和结构两个方面提出防止结构连续性倒塌的措施。
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