大跨度预应力混凝土框—剪结构抗连续倒塌性能仿真分析_李佳.pdf
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1、70大跨度预应力混凝土框剪结构抗连续倒塌性能仿真分析李佳中国五洲工程设计集团有限公司北京100053摘 要:为有效分析出大跨度预应力混凝土框剪结构抗连续倒塌性能,本文结合实际的工程案例,通过有限元仿真模拟法,并且利用拆除立柱结构的测试方式,进一步判断出在不同环境下,大跨度预应力混凝土框的抗连续倒塌性能。关键词:大跨度预应力混凝土框;工程案例;建筑工程;离散单元法DOI:10.19569/119313/tu.202318024在城市化建设进程不断推动下,社会各个阶层对建筑安全性与抗联系倒塌性能逐渐重视,尤其是在日常建筑工程实施过程中,大跨度预应力混凝土框剪结构应用越来越广泛,但是此种施工结构十分
2、复杂,国内对于其安全性的实验研究还不成熟,因此本次研究将结合某地区的工程案例,结合不同类型的有限元模拟计算方式,有效填补大跨度预应力混凝土框剪结构研究的空白。1 工程案例本次研究主要以某地区的大跨度预应力混凝土框剪结构工程作为实际案例,为保证工程安全性,该结构设计主要根据国内建筑设计标准,其地上首层层高为5m,其它层高为4.4m,楼梯总体层数为5层,总体高度为22.6m。其中楼体中横梁、结构楼板以及剪力墙等施工区域均使用标号为C30的混凝土材料,而支撑立柱则需要使用标号为C40的混凝土,而钢筋要使用型号为HRB400的钢筋。为保工程结构安全性,其中4层以下的楼板恒定载荷参数为KN/m2,均布活
3、载荷参数为KN/m2,而5层的楼板恒定载荷参数为KN/m2,均布活载荷参数为0.5KN/m21。建筑工程实施过程中,根据施工场地特点将工程项目种类设定为3类,而大跨度预应力混凝土框以及剪结构的抗震等级为1级,结构抗震的种类为丙类。根据现阶段该建筑工程施工现状以及建设环境,本次预应力混凝土横梁孔洞内部的预应力钢筋一束至少保证12根。2 大跨度预应力剪结构连续倒塌模拟方法现阶段建筑工程大跨度预应力混凝土框剪结构抗连续倒塌性试验,大多数利用比例模型或者平面图像,加上针对建筑工程开展三维实体试验,无论是操作流程还是结果分析的难度都相对较大,因此,仿真模拟计算方式成为现阶段我国技术人员常见的应用技术手段
4、。但是仿真模拟处理方式在实施过程中,其难点主要集中在对剪结构倒塌出现的严重形变、严重位移等非线性问题的处理上,所以想要保证建筑工程结构抗连续倒塌性能的仿真研究结果,需要选择适合的数据收集和模拟计算方式。2.1 修整有限元法修整有限元法从本质上来看,是对有限元法进行改良后的模拟计算方法,该方法主要通过大跨度预应力剪结构自身所具有的错动面特点,从而将所产生的节点与损坏结构的移动情况一一对应。因此修整有限元法在使用过程中,更加适合应用在建筑工程静态接触问题上,而在结构动态研究方面上则经常出现问题和约束。除此之外,该方法在实施过程中对于技术人员自身理论知识储备要求较高,在实际操作过程中,通常要求技术人
5、员能够有效把控力学本质,并且在模拟计算过程中,无法精准的描述不连续的位移现状,所以应用范畴相对较小。2.2 离散单元法离散单元法在实施过程中,最初该技术方式被用于分析岩石结构体的稳定参数,随着该技术不断创新和改进,进而研发出拓展离散单元法,以此用于仿真模拟大跨度预应力混凝土框剪结构的损坏情况,即在测试之前,首先将钢筋混凝土不断离散,通过模拟化处理,制作成非线性构成的质点,进而有效构建出以等效质点为基础条件的结构架信息模型,以便于研究建筑工程内部结构损坏以及倒塌的基础原理,由于该技术通常应用在连续倒塌之后的建筑剪结构,所以通常被应用在结构碰撞以及爆炸等方面2。2.3 动力有限元模拟法在建筑行业发
6、展过程中,大跨度预应力混凝土框剪结构抗连续倒塌性能的仿真分析和研究,是有限元应用软件发展速度较快的一个环节,因此建筑行业对于该技术的发展需求较大。对于建筑工程来说,由于结构倒塌是形变的一个过程,所以想要对其进行有效模拟计算,不仅要求非线性分析技术水平,其参数计算总量也相对较大,因此无论是所使用的系统软件,还是计算机硬件设备的操作性能都要求较高。本次研究将使用ANSYS/LS-DYNA研究法进行仿真模拟处理,构建出精细的分离式有限元仿真模拟处理模型,并且从两个方面入手,综合观察外界因素对于建筑工程剪结构抗连续倒塌性能的影响和作用,比如:其一,利用结构拆除法详细评定剪结构自身抗连续倒塌的基础能力。
7、其二,利用地震波所产生的可塑性进行详细分析。2.4 有限元软件开发为保证大跨度预应力混凝土框剪结构抗连续倒塌性能,能够正常开展模拟分析,需要结合不同类型的有限元模拟技术探讨71技术选择适合的分析软件,现阶段常见的分析软件主要包含ANSYS,ABAQUS,ADINA等,但是根据工程项目混凝土框以及剪结构的研究方向、研究角度以及研究深度的不同,需要开发出全新的有限元软件,以此提高对所有研究方式的通用性,极大的降低研究的重复性环节,保证检测结果精准程度3。3 大跨度预应力剪结构连续倒塌性能评定随着现代化建筑形式不断丰富,剪结构设计逐渐规范,越来越多的大跨度建筑结构以及预应力施工结构逐渐普及,但是针对
8、大跨度预应力混凝土框,以及剪结构抗连续倒塌性能仿真模拟方法研究相对较少,并且综合考虑到现阶段建筑工程表面的美观性已经成为影响工程项目的重要因素之一,因此越来越多的工程项目选择使用大跨度应力剪结构施工方式,对此本次研究将使用拆除构件方式,有效评定剪结构抗连续倒塌性能,以此为大跨度预应力剪结构施工和安全评定提供一系列理论知识作为支持。3.1 计算横截面实际开展仿真模拟分析时,由于建立三维结构的基础工作量巨大,并且为保证模拟结果的精准程度,钢筋需要与混凝土相互结合进而建立共节点,因此本次研究将使用分离式模型建设方式。实际建立过程中,技术人员首先需要将横梁、立柱以及剪力墙等混凝土构建按照区域划分为各个
9、单元格,确保每个构件之间可以形成许多共节点,随后按照钢筋实际分布位置,将所设定的各个节点相互连接,进而形成钢筋结构线。随后将已经建立完成的钢筋结构线复制移动至下一条钢筋节点位置上,依次循环。从模型建立方式上能够观察出此种模拟方式十分精细,在参数计算以及模型构建过程中更能够符合实际情况,但是同样模型建立难度相对较大,所以本次综合考虑到模型建立的可行性,在钢筋结构构建上需要选择归拢措施。3.2 钢筋位置分布对于建筑工程来说,钢筋位置的分布直接影响工程项目实际施工质量,因此不同预应力横梁需要使用适合的预应力钢筋束,其中小跨度预应力横梁通常使用直线性预应力钢筋束,而大跨度预应力横梁,钢筋束则需要根据横
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