地震作用下钢筋砼框架倒塌过程模拟与框架柱的影响

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钢筋混凝土框架结构在地震作用下的倒塌问题是土木工程领域一个备受关注的问题。认识和理解钢筋混凝土结构在地震荷载作用下的倒塌过程和机理,对实际工程设计与安全评估、工程防灾减灾无疑具有实际意义。模拟钢筋混凝土结构倒塌,主要有整体式和分离式两种方法。地震作用下的倒塌是一个非线性动力学问题,其模拟涉及到初始重力施加及地震荷载的施加等问题。整体式建模主要对应于整体破坏模式的理解,而分离式建模有助于理解单个构件具体特征对于倒塌过程的影响。本文将通过整体式建模和分离式建模两种方式,模拟钢筋混凝土框架结构在地震作用下倒塌过程与特征,并基于分离式模拟详细分析框架柱这一主要构件的配筋等特征对于结构倒塌特性和抗倒塌能力的影响。基于ANSYS/LS-DYNA,模拟了地震作用下,钢筋混凝土框架结构分别在整体式建模和分离式模型两种模型中连续倒塌过程,并进行了对比分析。表明了分离式模型可以看到钢筋在结构中损伤演化过程,能够较好地刻画构件钢筋骨架在结构抗震中所扮演的角色,因而能够反映钢筋和混凝土在结构破坏过程中的损伤演化过程,刻画钢筋与混凝土的相互作用。通过分离式建模,对柱子的钢筋分布、配箍率、配筋率及柱高对框架结构抗震倒塌性能的影响进行了系统的模拟分析。阐明了加密柱子箍筋,能提高了二层和三层柱子的抗剪切能力,但是不能延缓结构的连续性倒塌。在柱子配筋率不变的情况下,增加柱子纵筋数目使钢筋分布均匀,能提升结构的抗倒塌能力,延缓结构的倒塌破坏。增大框架柱的纵筋配筋率,能有效提升结构的抗连续倒塌能力。结构的柱高越高,结构的抗震倒塌能力越弱,在地震下的倒塌破坏速度越快。
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