预应力混凝土框架结构的抗连续倒塌性能研究

发布时间：2017-10-23 16:44

  本文关键词：预应力混凝土框架结构的抗连续倒塌性能研究

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【摘要】：建筑结构在偶然荷载作用下发生连续性倒塌会造成严重的经济损失、人员伤亡和恶劣的社会影响。研究建筑结构在偶然荷载下的连续倒塌性能和抗连续倒塌设计方法,最大限度地保证建筑结构的安全,是今后重要的研究工作。近些年来,各国工程师和科研人员对结构的抗连续性倒塌性能研究越来越重视。我们国家关于建筑结构的连续性倒塌性能研究起步比较晚,也取得了一些研究成果,但相关研究还不能满足工程设计的需要。预应力技术自从二十世纪二十年代开始进入结构工程的实际应用以来,已成为结构工程中重要的应用技术之一。目前建筑结构连续性倒塌研究工作主要集中于混凝土和钢结构的结构类型之中,对于预应力混凝土框架结构的抗连续性倒塌性能研究很少,本文应用显式动力有限元分析程序LS-DYNA对预应力混凝土框架结构和钢筋混凝土框架结构运用拆除构件法进行抗连续性倒塌性能对比研究,通过对比研究得出：在预应力钢筋性能得到保证的前提下,预应力钢筋混凝土框架结构的抗连续性倒塌性能优于普通钢筋混凝土框架。本文还研究了有粘结预应力混凝土框架和无粘结预应力混凝土框架的抗连续性倒塌性能的区别,并提出了提高预应力混凝土框架抗连续性倒塌能力的措施,为预应力混凝土框架抗连续性倒塌性能研究提供参考和依据。本文研究的主要内容包括四个方面：1)根据已有的研究成果,确定以拆除构件法和非线性动力分析为本文预应力混凝土框架结构连续性倒塌数值分析方法。2)以一榀典型五层钢筋混凝土框架、有粘结预应力混凝土框架和无粘结预应力混凝土框架结构为例,运用显式动力有限元分析软件LS-DYNA分别对各结构建立相应的有限元模型,对各结构分别进行在去除首层边柱和首层中柱工况下的非线性动力连续倒塌数值模拟分析。通过模拟分析得出：在预应力钢筋性能得到保证的前提(如在结构发生连续倒塌过程中预应力钢筋不屈服,锚固端不发生局部挤压破坏和预应力钢筋不存在被拔出现象等)下,预应力混凝土框架结构的抗连续倒塌性能优于普通钢筋混凝土框架结构；无粘结预应力混凝土框架结构的抗连续倒塌性能优于有粘结预应力钢筋混凝土框架结构。3)以一幢五层四跨的钢筋混凝土框架结构和有粘结预应力混凝土框架结构为例,运用显式动力有限元分析软件LS-DYNA分别对各个结构建立相应的有限元模型,对各结构分别进行在去除首层角柱、首层长边中柱和首层短边中柱情况下的非线性动力连续性倒塌数值模拟分析。通过模拟分析得出：对于预应力混凝土框架结构中,利用拆除构件法对不同部位柱子拆除工况下发生连续倒塌的程度排序为：拆除角柱工况下拆除长边中柱工况下拆除短边工况下。4)分析和总结预应力混凝土框架结构在抗连续性倒塌性能方面的优劣,并提出提高预应力混凝土框架结构抗连续倒塌能力的措施。
【关键词】：预应力混凝土框架结构 连续倒塌分析 拆除构件法 显式动力有限元分析软件LS-DYNA
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU378.4;TU312.3
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 连续倒塌的研究背景及意义9-10
• 1.2 预应力混凝土结构的发展10-11
• 1.3 连续倒塌的研究现状11-13
• 1.3.1 国外连续倒塌的研究现状11-12
• 1.3.2 国内连续倒塌的研究现状12-13
• 1.4 抗连续倒塌规范设计方法介绍13-15
• 1.5 本文的主要研究内容15-16
• 2 连续性倒塌研究方法16-21
• 2.1 连续倒塌试验研究16
• 2.2 连续倒塌理论研究16
• 2.3 连续倒塌数值模拟研究16-20
• 2.3.1 修正有限元法16
• 2.3.2 离散单元法16-17
• 2.3.3 在有限元软件的基础上进行二次开发17
• 2.3.4 式动力有限元软件仿真法17-20
• 2.4 本章小结20-21
• 3 预应力混凝土框架结构连续性倒塌的数值模拟21-33
• 3.1 LS-DYNA程序连续倒塌数值模拟技术21-24
• 3.1.1 ANSYS/LS-DYNA的分析过程21
• 3.1.2 LS-DYNA的理论介绍21-24
• 3.2 预应力混凝土框架结构有限元模型的建立24-30
• 3.2.1 模型的分类24
• 3.2.2 单元选择24-26
• 3.2.3 材料模型选择26-29
• 3.2.4 单元失效准则29
• 3.2.5 预应力混凝土结构的建模方法29
• 3.2.6 预应力荷载的施加29-30
• 3.3 数值模拟验证30-32
• 3.4 本章小结32-33
• 4 预应力混凝土框架结构的抗连续倒塌性能分析33-65
• 4.1 预应力混凝土平面框架结构的抗连续倒塌性能分析33-51
• 4.1.1 混凝土平面框架体系的分析模型信息33-35
• 4.1.2 框架结构平面体系的有限元模型建立35-37
• 4.1.3 模型的分析方式37-38
• 4.1.4 拆除构件法分析步骤38
• 4.1.5 钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土平面框架结构连续倒塌模拟分析38-51
• 4.2 预应力混凝土空间框架结构的抗连续倒塌性能分析51-62
• 4.2.1 结构空间结构体系的分析模型51-52
• 4.2.2 框架空间结构体系有限元模型建立52-53
• 4.2.3 钢筋混凝土与预应力钢筋混凝土空间框架结构连续倒塌模拟分析53-62
• 4.3 提高预应力混凝土框架结构抗连续倒塌性能的措施62-64
• 4.3.1 保证预应力混凝土框架结构中预应力钢筋的性能62-63
• 4.3.2 提高结构抗连续倒塌能力的概念措施63-64
• 4.4 本章小结64-65
• 5 结论与展望65-67
• 5.1 结论65
• 5.2 展望65-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士期间发表的论文70-71
• 致谢71-73

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本文编号：1084394