震损单层钢筋混凝土排架厂房的损伤评价方法

来源 :中冶集团建筑研究总院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lustt005
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我国作为世界排名前列的工业大国,工业发展近年来日益蓬勃。工业厂房是工业发展的基石,我国目前在役的单层工业厂房多数是钢筋混凝土排架结构,且有相当一部分处在高烈度设防地区和地震重点监视防御区,因此研究单层钢筋混凝土排架厂房的抗震能力意义重大。排架柱在地震的往复荷载作用下,会产生一定程度的损伤,影响其后续承载能力。如何评估震损排架结构的剩余承载力,对科学指导救灾以及灾后安置和重建工作,避免生命财产的进一步损失,具有重要意义。本文首先开展了排架柱拟静力试验,对比分析不同版本规范中排架柱构造要求对其抗震性能的影响,利用ABAQUS软件建立有限元模型,探索合理的材料本构和边界条件,通过与试验结果的比对,验证有限元分析方法进行表观损伤状态模拟的准确性。在此基础上,通过大量数值模拟分析,对结果进行拟合得到构件损伤指数与细部损伤指数间的表达式,再进一步以构件损伤指数为参数,得到基于表观震害特征的排架柱剩余承载力评价方法。最后利用层次分析法得到典型排架结构的整体震损评价方法,并通过实例分析验证了评价方法的可行性,证明了研究排架结构在主余震作用下性能退化规律的重要性。本文主要的工作内容和研究成果如下:(1)分析比较了 1978年发布的《工业与民用建筑抗震设计规范》(TJ 11-78)、1989年发布的《建筑抗震设计规范》(GBJ 11-89)和2016年发布的现行《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)三版抗震设计规范对钢筋混凝土排架柱构造要求的区别,并按规范分别设计试件开展拟静力试验,对比分析不同版本抗规构造要求对排架柱抗震性能的影响程度。(2)探索了在ABAQUS软件中模拟钢筋混凝土变截面排架柱震损的材料本构和边界条件设置。以拟静力试验结果作为参照,采用扩展有限元法模拟混凝土裂缝的萌生和发展,选取损伤塑性模型和PQ-Fiber子程序模拟混凝土和钢筋的弹塑性变形,利用弹簧单元模拟钢筋混凝土间的粘结滑移,实现了对钢筋混凝土排架柱表观震害特征和滞回特性的准确模拟。(3)提出了震损钢筋混凝土排架柱基于构件损伤指数的剩余承载力评价方法。确定了排架柱细部损伤指数判定准则,然后通过大量数值模拟,提出损伤指数与退化系数的计算方法,得到了基于表观震害特征的排架柱剩余承载力评价方法。(4)建立了单层排架厂房整体震损的评价方法。以排架柱、屋架或屋面梁、柱顶连接节点作为结构主要受力构件,采用层次分析法确定各构件权重系数,得到典型排架厂房整体损伤指数计算公式。最后通过实例分析印证了方法的可行性,同时反映出排架结构在主余震作用下性能退化规律研究的必要性。
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