【摘 要】
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近年来,装配式建筑在我国得到大力推广,其具有施工效率高、环保、大幅降低人工依赖的优势。梁-柱连接节点是装配式结构需重点关注的部位,对整个结构的受力性能有着十分重要的作用,一旦节点发生破坏,可引发建筑物的整体倒塌。合理地设计梁柱连接方式,通过新材料、新技术使装配式结构更安全更可靠、施工更便利是该领域研究的热点。由于目前关于民用建筑承受冲击、爆炸等动荷载的研究还未形成系统的理论,因此国内的结构设计规范
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目(11672165)
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近年来,装配式建筑在我国得到大力推广,其具有施工效率高、环保、大幅降低人工依赖的优势。梁-柱连接节点是装配式结构需重点关注的部位,对整个结构的受力性能有着十分重要的作用,一旦节点发生破坏,可引发建筑物的整体倒塌。合理地设计梁柱连接方式,通过新材料、新技术使装配式结构更安全更可靠、施工更便利是该领域研究的热点。由于目前关于民用建筑承受冲击、爆炸等动荷载的研究还未形成系统的理论,因此国内的结构设计规范缺少相关规定。目前,对于预制装配式结构节点的研究,国内外学者主要关注于节点的强度及抗震性能,对于节点进行抗冲击性能研究还较少。在多层民用建筑结构中,因仪器设备等重物掉落对结构造成冲击,或偶然极端荷载作用下建筑结构破坏坠落,甚至整层坠落等情况时有发生。上部坠落物对下层结构的冲击作用,将引起梁构件或梁-柱连接节点的破坏,最终或将导致连续倒塌的发生。因此,对广泛应用于民用建筑中的装配式混凝土框架结构的抗冲击性能进行深入研究显得尤为重要。本文针对采用新型钢节点连接的装配式混凝土框架子结构,利用有限元软件ABAQUS,考虑钢材与混凝土材料的损伤及应变率效应,分析了其在冲击荷载作用下的动力响应,研究了上部落层冲击荷载作用下,框架子结构构件和连接钢节点的破坏行为。主要内容如下:(1)选择合理且正确的材料本构模型,确定其力学性能,利用通用有限元软件ABAQUS建立三维有限元模型,通过与现有文献中的试验结果进行对比,验证所建立的本构模型的有效性与有限元模型计算结果的准确性,建立新型钢节点连接的预制装配式混凝土框架子结构模型。(2)对钢节点连接的预制装配式子框架结构进行参数分析,研究不同冲击载荷作用面积、冲击位置、冲击动能对框架子结构动力响应及其节点连接性能的影响。通过比较分析冲击力、梁跨中挠度、混凝土损伤、钢构件变形及各构件耗能占比数据,总结其变化规律。(3)对钢节点连接的预制装配式框架子结构进行参数分析,研究轴压比、周围约束对框架子结构动力响应及其节点连接性能的影响。并与现浇混凝土框架子结构进行对比,分析新型钢节点连接的预制装配式框架子结构的优势与不足,通过比较分析冲击力、梁跨中挠度、混凝土损伤、钢构件变形等数据,总结其变化规律,并探究改换或增加钢节点的连接构件等方式以增强节点连接性能这种方法的可行性。分析结果表明:冲击荷载作用面积对钢节点的变形及混凝土损伤影响显著。冲击位置改变时,与梁、柱构件相比,钢节点的变形较小,且梁、柱构件的损伤范围发生显著的变化。动能相同时,冲击动量越大,冲击力峰值越低,作用时间越长,动量较小时更易发生二次撞击。随着动能的增加,梁构件损伤程度增加,且损伤范围更加集中。柱所受竖向力对钢节点变形有不利影响,但影响较小,对混凝土损伤起有利影响,且影响显著;考虑周围约束的影响后对钢节点变形影响较小,与未考虑周围约束相比,混凝土损伤情况无明显变化,冲击力峰值相同,但出现了震荡波动,曲线趋势一致,梁跨中挠度峰值增大,且振动幅度降低;在连接筋与端板连接处增加连接钢板与在连接端板之间增设连接钢板后能够有效柱埋入件连接处的变形,改善钢节点的连接性能,但对混凝土损伤改善效果不明显;与现浇混凝土框架结构相比,新型钢节点连接框架结构降低了梁构件损伤程度和范围,且冲击力峰值、梁跨中挠度基本与现浇框架一致。
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