文摘
砌体填充墙的影响在逐渐崩溃钢筋混凝土(RC)框架结构的性能研究,使用非线性动态分析方法。基于ANSYS / LS-DYNA有限元软件,两个钢筋混凝土框架结构的有限元模型,建立了砌体填充墙。然后崩溃模式的两个钢筋混凝土框架结构模型分析了不同比例距离爆炸载荷,柱损伤的不同位置,不同跨度的数字。结果表明,随着炸药量的增加,结构的崩溃程度更严重。条件下的破坏最外层的中央列,进步的程度的崩溃与填充墙钢筋混凝土框架模型同时低于没有填充墙钢筋混凝土框架模型。填充墙的钢筋混凝土框架模型是抗崩溃时最外层的列是损坏的。随着跨度的增加数量,结构更容易被破坏和倒塌。
1。介绍
进步的结构是指载荷作用下的意想不到的现象,如地震、爆炸、火灾、影响,和恐怖袭击,部分结构破坏或子结构被破坏,和再分配的负荷会导致连锁反应,导致破坏的扩散并导致结构的彻底崩溃。倒塌的建筑常常造成严重的人员伤亡和经济损失。倒塌的公寓楼在罗南点,英格兰,1968年的世贸双塔的倒塌,世界贸易中心在2001年让人们开始注意建筑物的逐渐崩溃。GSA(美国总务管理局)和国防部(美国国防部)美国提出相应的设计标准,以防止建筑的逐渐崩溃,如GSA2016和国防部。ufc4 - 023 - 03 anticollapse结构的设计提供了方法。
崩溃的行为混凝土框架结构,钢结构,其他结构已经被国内外学者广泛研究近年来通过实验以及数值模拟,进行对比。李等人。1)计算了非线性动态进步anticollapse需求链机制下的钢筋混凝土框架结构基于能量法,并通过算例验证了提出的理论框架。邓et al。2)设计不同的帧比较实验,以评估不同span-to-depth比率的影响以及混凝土强度对RC框架的行为抵制进步崩溃。发现拱起的限值有重大影响,而高强度混凝土对悬链线能力有负面影响。Yu和棕褐色3]提出macro-bar stress-slip模型,并使用macronumerical模型分析边界条件的影响,钢棒和梁的深度在中间列移除测试钢筋混凝土复合结构。冯et al。4验证他们提出数值模拟为预制钢筋混凝土框架结构设计ten-storey预制钢筋混凝土结构,分析研究了不同参数对电阻崩溃的影响机制的结构。Alshaikh et al。5)验证的可靠性提出了增强橡胶混凝土数值模型框架的有限元结果与实验结果比较,研究提供可靠的理论进步的钢筋橡胶混凝土框架结构的崩溃。李等人。6)提出了一个方法来评估钢结构的鲁棒性。不同的帧类型和参数的影响逐渐崩溃和鲁棒性的钢结构通过实验和数值模拟进行了分析。王等人。7]研究了钢框架的参数通过实验和数值验证分析钢结构的连续倒塌行为列移除时使用不同的连接方法。
作为一种重要的元素结构,楼板和填充墙也收到广泛关注。金等。8]研究了影响钢框架的倒塌的楼板与缺失列通过数值分析,并提出了一种新的模型来帮助学者计算楼板的能量。翁et al。9]研究了负荷再分配能力下的石板中间列的失败。通过实验和有限元模拟,发现忽略周围的板的约束可能减少板的负载分配能力。玉等人,于et al。10,11)发现,填充墙的存在提高了结构的抗崩溃通过建立钢筋混凝土填充砌体填充墙的框架模型与不同高度、不同墙口位置,区域和层。山等人,山和李12,13]裸框架设计,全高度填充墙框架,和部分填充墙钢框架。研究表明,填充墙的存在大大提高了初始刚度,但改变了钢框架的失效模式。火的影响逐渐崩溃的钢架结构有限元软件随后介入调查。李et al .,山et al .,和山和李14- - - - - -16]还讨论了填充墙anticollapse性能的影响的钢筋混凝土框架,并发现填充墙相当于压缩struts在破产过程中,增加了阻力和初始刚度,但减少梁的延性。之后,填实墙和钢筋混凝土框架成员之间的交互的过程中进步的崩溃进行了研究实验,和两个钢筋混凝土框架四个跨越和两层被设计来模拟中间列的缺失。发现加密墙可以提供替代加载路径,从而提高混凝土的抗崩溃帧。王等人。17]研究了填充墙的性能崩溃过程中预制混凝土框架,并分析了影响的填充墙在结构的位置和大小。为了研究楼板和填充墙的影响在三维钢筋混凝土框架结构的抗逐渐崩溃,冯et al。18实验验证了有限元模型和显示,楼板和填充墙显著提高结构的抗逐渐崩溃。
一般来说,选择力传输路径法是一种常用的方法来分析结构的逐渐崩溃,但是这种方法不能真正模拟结构的实际失败状态,尤其是对一些异常负载或一些大型和高层建筑,和实验的要求非常苛刻,因此研究人员无法准确地在有限的条件下开展相关的实验研究。利用有限元软件的直接动态法,逐步崩溃爆炸,造成建筑结构的影响,火,可以准确、可靠地模拟或地震。通过使用简化的分析方法,进步的原因可以考虑结构崩溃,和计算效率可以提高,同时保证分析结果的准确性逐步崩溃的结构。李等人。19)设计了一个分层壳单元模型基于结构维度的变化在不同的位置的塔。结果表明,建立的模型能有效地模拟超大型冷却塔的崩溃行为在风荷载下,和内力分布过程的塔倒塌过程进行了分析,这是冷却塔的研究具有重要意义。太阳et al。20.)提出了一种新的方法和用火神软件研究钢结构的崩溃行为与不同的设计火灾场景。江et al。21]研究楼板的影响在不同情况下的崩溃爆破荷载下钢框架有限元软件。Helmy et al。22)根据终极格斗冠军赛代码、设计和研究钢筋混凝土框架的崩溃与不同组件损坏通过有限元软件,并发现加密墙壁的进步做出了重要贡献抵抗结构的崩溃。周(23),基于LS-DYNA软件提出了一种新的模拟混凝土的爆破工作更新高层钢结构建筑的核心算法。结果表明,模拟结构之间的相似性和实际工作是改善,它提供了一种新的分析方法拆除高层钢结构。太阳和崔24]研究了预制结构的崩溃的行为列在不同位置受损多维地震后,内部后,发现结构的崩溃列受损最严重。钱等。25]调查填入墙的影响在逐渐崩溃的行为有多层楼的框架通过有限元模拟,发现加密墙可以提高结构的刚度。
非结构成员的贡献后结构的崩溃电阻失败的垂直成员已经在先前的研究通常不被认为是进步的框架结构的崩溃。然而,尽管加密的效果墙结构的抗震性能是公认,没有多少研究进行了逐步崩溃,甚至减少对进步的崩溃的框架结构填充墙在爆炸载荷。因此,本文采用有限元软件ANSYS / LS-DYNA模型与砌体填充墙钢筋混凝土框架,并应用爆炸加载破坏其中央和侧列,分别。剂量的影响和跨度结构被认为是进步的崩溃,并与裸露的钢筋混凝土框架模型,为未来的研究提供一个参考的进步这种结构的崩溃。
2。有限元模型
有两个跨度的结构 - - - - - -方向,一个跨度 - - - - - -方向,一列间距为3.8米,共3层,每层3米的高度。列的横断面尺寸为350毫米×350毫米和6纵向钢筋的直径25毫米。光束横截面大小是250毫米×350毫米6纵向钢筋的直径18毫米。呼啦圈直径10毫米,间距为200毫米。钢筋混凝土楼板的厚度为100毫米,地板上钢筋直径10毫米间距为100毫米,并屈服强度235 MPa。钢筋混凝土框架结构模型和它的设计细节如图1和2。
(一)
(b)
(一)柱有限元模型
(b)列部分
(c)梁部分
2.1。材料模型
使用的材料的物理力学参数在示例模型确定如表所示1。
模拟混凝土和加密组合柜SOLID164固体单元,钢筋单元由BEAM161梁单元模拟,和刚性层由SHELL163壳单元模拟。细胞大小分为50毫米(26),网格收敛性分析表明,进一步减少网格的大小会减少影响的结果,但计算时间将大大增加。
具体的模拟MAT_CONCRETE_DAMAGE_REL3 [27材料模型。模型可以有效地模拟混凝土的机械形式材料在高应变率和大变形。文献[28,29日)使用这个模型来模拟爆炸荷载作用下混凝土材料。钢筋的模拟MAT_PLASTIC_KINEMATIC弹塑性材料模型,该模型考虑了材料的应变率效应。墙上的模拟MAT-BRITTLE-DAMAGE材料模型。钢筋混凝土元素及其之间的交互与刚性地面模拟交互使用CONTACT_AUTOMAATIC_SINGLE_SURFACE接触分析模型。墙和框架之间的焊接,表面表面接触算法(CONTACT_AUTOMATIC_ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE_TIEBREAK)是用来模拟砂浆的影响(27]。按照中国标准“砌体结构设计规范”30.),0.7的系数作为砌体和混凝土之间滑动。根据余理论失效准则,接触参数荣新民以砂浆的抗剪强度和nfl砂浆的抗拉强度。
据史的研究成果等,Xu Lu, Bibiana和Araoz26,31日,32),最大主应变临界值0.1和最大剪切应变临界值0.9选择作为判断梁柱混凝土的侵蚀的基础单位。最小主应变临界值-0.01被选中作为判断楼板混凝土的侵蚀的基础单位,和失败压缩应变值和拉伸应变值作为判断的基础选择块的侵蚀。
2.2。负载
的荷载组合方法ufc4 - 023 - 03年规范(33)用于垂直载荷,考虑到恒载,和一些活荷载,荷载组合 在哪里和代表结构的恒载和活载,分别。垂直向下的重力是应用于整个结构和统一的负载应用到楼板。重力荷载应用于第一帧(加密墙)和第二帧(没有填入墙)通过使用关键字作为一个整体LOAD_BODY_Z。地板的选择面临着脸和B的梁表面加载使用关键字SET_SEGMENT和应用程序的统一力量在地板上面临着使用LOAD_SEGMENT_SET,上面对B的梁将填入墙的压力转化为统一的裸框架梁上的负载。
的LOAD_BLAST_EHANCED命令(27在LS-DYNA爆炸加载适用于表面的结构y设在前进的方向。方法更方便、自动处理TNT爆炸载荷通过自动转换成一个单元表面的动态负载来模拟爆炸影响影响基于梯恩梯当量和目标位置的距离。
3所示。工作条件
爆破荷载位置的影响,炸药,跨度的混凝土框架结构的崩溃。第一帧:填充墙框架;第二帧:没有填充墙框架。
3.1。位置的炸药
混凝土框架结构的连续倒塌研究集中在崩溃后的键列的行为被损坏,所以爆炸位置被选为3 m在前面和中心的列,如图3和4。
3.2。选择炸药的量
后将相应的常数和活荷载应用于框架结构,爆炸荷载应用于结构的一边在t = 100毫秒。本文选择的距离中间列(或边柱)3 m之前引爆点的位置。不同数量的测试后,有初始选择的列,只有轻微损伤初始损伤列旁边,此时距离比例从0.42 m•公斤不等1/30.73•公斤1/3。结构的崩溃在了距离D•0.45公斤1/3,0.48公斤1/3,0.51 m•公斤1/3在这个范围内进行比较。
4所示。崩溃的结果进行比较分析
4.1。损害底部中间列
图5给700 ms的崩溃状态爆炸后负载应用框架在一个扩展的距离 。从这些数据可以看到,这两个框架都受到伤害和失败由于爆炸加载中央列上,导致整个结构的大变形导致崩溃的伤害。整体的崩溃程度的钢筋混凝土框架填充墙明显低于没有填充墙钢筋混凝土框架,和三层梁的弯曲形状改变了由于填充墙的支持。
(一)
(b)
为了比较和研究结构的解体和崩溃的过程当底部中间列失败,最大垂直位移点底部中间列失败后被选中作为检验点。为了比较初始爆炸载荷对其他组件的影响除了受损的中间列,顶部的底部中间的动态特征列和二楼中间列的中间点接近中间列和极大地研究了爆炸荷载的影响。
图6显示垂直位移随时间的变化曲线的三层的顶部中间列在爆破荷载作用下具有不同比例的距离。以下从图可以看出:(1)结构的崩溃时更严重的比例距离更小(炸药的量比较大)。(2)在结构损伤的早期阶段,框架崩溃更慢的很短的一段时间后由于加密墙的存在受到爆炸荷载。当墙之间的粘结效果和帧结构的失败,墙上会下降由于倾销的结构,和结构的崩溃速度将加快。结构加密的墙壁倒塌在较小程度上在相同的时间不同的帧类型在相同的扩展距离。
图7给出了速度时间剖面的位置最高的点列在一楼不同比例距离的爆破加载。从曲线图可以看出,此时的速度迅速增加了很短的一段时间,然后减少结构受到不同的缩放后爆炸加载,然后再增加受损区域崩溃。这一点在第一帧的速度总是低于第二帧中相应的位置,所以垂直位移与填充墙结构的崩溃更小。
数据8和9是 - - - - - -方向速度时间图中点的历史中间列在二楼和中间列在底部的顶点地板结构时受到爆破加载不同的比例,分别。从图可以看出:在爆破荷载,因为前面的结构接收炸药的影响, - - - - - -此时方向速度增加在很短的时间,然后减少到0,然后与结构的崩溃,速度增加了。(2)爆炸载荷与不同比例距离影响初速度峰值,和比例距离越小,初始速度峰值就越大。损坏的速度与填充墙结构的一部分 - - - - - -方向是小,结构的位移 - - - - - -方向是小,所以它不容易崩溃。
4.2。对底层边柱的破坏
图10显示了两种框架下的崩溃一边列在700毫秒后按比例缩小的距离 应用。从图可以看出,第一帧的崩溃程度低于第二帧。
(一)
(b)
当底部列失败时,相应的检验点和单位如下:三楼的顶点列,地板上的列的顶点,二楼的中点列。
图11显示垂直位移随时间的变化曲线的顶点的三层边柱在不同比例下的距离。以下从图可以看出:(1)时,按比例缩小的距离越小,结构的逐步崩溃时间短和崩溃的速度更快。(2)在相同比例不同的帧类型的距离,没有填充墙的混凝土框架结构的崩溃速度是快于与填充墙、混凝土框架和填充墙的结构是更困难的崩溃。
图12速度随时间的变化曲线的边柱底部的顶点位置的情况下应用不同的扩展距离爆破加载。从图可以看出,(1)结构后进行不同比例的爆破加载,此时速度将在短时间内迅速增加,然后降低,然后增加。(2)第一帧的速度在这一点上明显低于速度在第二帧的相应位置,所以结构加密的墙壁倒塌更缓慢。
数据13和14是 - - - - - -方向速度时程图中点的二楼边柱的顶端bottom-story边柱结构时受到爆破载荷与不同比例距离,分别。爆炸后负载应用 - - - - - -此时定向速度增加了很短的时间,然后减少到0。速度又增加结构崩溃。在一个按比例缩小的距离0.45米•公斤1/3,填充墙结构是一层梁在750 ms和与地面接触 - - - - - -因此定向速度降低。爆炸载荷在不同比例距离影响初始速度峰值,比例较小的距离导致较大的初始速度峰值。相同的比例距离的爆破荷载下,两个点的速度与填充墙结构总是低于对应点的框架填充墙,所以用填充墙结构较低程度的崩溃。
4.3。跨数对结构崩溃
为了调查的数量的影响跨越倒塌性能的混凝土与砌体填充墙框架,三层双跨度,三层楼高的箱梁,三层four-span结构模型建立,有两个跨越,三跨和四个跨越的方向,分别和一个跨度 - - - - - -方向,如图15。
(一)
(b)
(c)
爆炸载荷的距离 应用于侧列在100 ms结构不同的跨越。的 - - - - - -方向位移在三层楼高的顶点侧列和两层楼边的中点列在700毫秒后损失数据所示16和17,分别。在损伤后700毫秒,三楼边柱的顶部位移两个跨越,三跨,和四个跨越与填充墙结构是502毫米,547毫米,665毫米,分别和三楼边柱的顶端位移的两个跨越,三跨,和四个跨越结构没有填充墙是2780毫米,3020毫米和3082毫米。可以看出,随着跨度的增加,结构的垂直位移的伤害增加,结构更容易崩溃。
数据18和19显示了 - - - - - -定向速度和二楼边的中点列 - - - - - -定向速度底部地板的顶点侧列,分别后的伤害。从数据可以看出,对于不同跨数,结构崩溃速度随着跨度的数量增加;结构加密的墙壁倒塌在较小程度上在同一时间没有填充墙结构。
5。结果与讨论
在这篇文章中,钢筋混凝土框架结构的连续倒塌过程,研究了爆炸荷载作用下砌体填充墙使用非线性动态方法。通过比较有结构没有加密的墙壁,发现加密墙壁有不可忽视的作用的初始阶段结构坍塌和崩溃有积极影响电阻的结构。主要结论如下:(1)通过分析框架结构的崩溃不同比例距离爆炸加载下,初始电荷越高越大损伤结构列和更快的结构的崩溃(2)每个工况的结果分析表明,与没有填充墙的框架结构相比,填充墙的框架结构的崩溃程度显然是低。加密墙上提供支持的早期阶段的结构崩溃,作为新力量转移路径除了梁、柱,减缓结构的崩溃在早期阶段。因此,加密墙是一个不容忽视的因素,在结构抗连续倒塌的研究(3)随着跨度的增加数量的帧结构、受损结构的垂直位移的增加,结构的崩溃速度和加速成员。几乎横跨结构具有更好的抗连续倒塌(4)在结构的崩溃,墙壁脱落由于债券的失败元素之间的生死抉择。填充墙后失去了支持功能的结构,与填充墙结构的崩溃往往没有填充墙结构的崩溃。建议使用迫击炮和更好的结合性能,确保混凝土结构和模块之间的成键能力,以提高anticollapse能力结构
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