理论教育 为什么PC构件与连接节点采用极限状态设计方法?

为什么PC构件与连接节点采用极限状态设计方法?

时间:2023-10-06 理论教育 版权反馈
【摘要】:装配式混凝土结构与现浇混凝土结构一样,都采用极限状态设计方法。《装规》第6.1.10条规定:“装配式结构构件及节点应进行承载能力极限状态及正常使用极限状态设计。”极限状态设计方法整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求,此特定状态为该功能的极限状态。极限状态设计方法以概率理论为基础。根据《装标》5.3.2条文说明:装配式混凝土结构进行弹塑性分析时,构件及节点均可能进入塑性状态。

为什么PC构件与连接节点采用极限状态设计方法?

装配式混凝土结构与现浇混凝土结构一样,都采用极限状态设计方法。

《装规》第6.1.10条规定:“装配式结构构件及节点应进行承载能力极限状态及正常使用极限状态设计。”

《装规》第6.3.2条规定:“装配整体式结构承载能力极限状态及正常使用极限状态的作用效应分析可采用弹性方法。”此条与《混规》的规定一样。

《装标》第5.3.2条规定:“装配式混凝土结构进行抗震性能化设计时,结构在设防烈度地震及罕遇地震作用下的内力及变形分析,可根据结构受力状态采用弹性分析方法或弹塑性分析方法。”

(1)极限状态设计方法

整个结构或结构的一部分超过某一特定状态就不能满足设计规定的某一功能要求,此特定状态为该功能的极限状态。

极限状态设计方法以概率理论为基础。

极限状态分为两类:承载能力极限状态和正常使用极限状态。

在进行强度、失稳等承载能力设计时,采用承载能力极限设计方法;在进行挠度等设计时,采用正常使用极限状态。

进行设计时,要根据所设计功能要求属于哪个状态来进行荷载选取、计算和组合。

(2)承载能力极限状态

承载能力极限状态对应于结构和构件的安全性、可靠性和耐久性,超过此状态,结构和构件就不能继续承受荷载了。装配式结构和构件,包括连接件、预埋件、拉结件等。出现下列状态之一时,就认为超过了承载能力极限状态:

1)因超过材料强度而破坏;如构件断裂、出现严重的穿透性裂缝等。

2)因疲劳导致的强度破坏。

3)变形过度而不能继续使用。

4)丧失稳定。

5)变为机动体系。

(3)正常使用极限状态

正常使用极限状态对应于构件的装饰性。超过此状态,构件尽管没有破坏,但超过了可以容忍的正常使用状态。出现下列状态之一时,被认为超过了正常使用极限状态:

1)出现影响正常使用的变形;如挠度超过了规定的限值。

2)局部破坏,如表面裂缝或局部裂缝等。

(4)弹性方法

弹性方法是在结构分析时考虑结构处于弹性阶段而不是塑性、弹塑性阶段,采用结构力学和弹性力学的分析方法。(www.daowen.com)

(5)弹塑性方法

弹塑性分析方法分为静力弹塑性分析法和弹塑性时程分析法。

静力弹塑性分析(PUSH-OVER ANALYSIS)方法也称为推覆法,具体方法如下:

1)建立结构的计算模型、构件的物理参数和恢复力模型等。

2)计算结构在竖向荷载作用下的内力。

3)建立侧向荷载作用下的荷载分布形式,将地震力等效为倒三角或与第一振型等效的水平荷载模式。在结构各层的质心处,沿高度施加以上形式的水平荷载。确定其大小的原则是:水平力产生的内力与前一步计算的内力叠加后,恰好使一个或一批杆件开裂或屈服。

4)对于开裂或屈服的杆件,对其刚度进行修改后,再增加一级荷载,又使得一个或一批杆件开裂或屈服。

5)不断重复步骤3)、4),直至结构达到某一目标位移或发生破坏,将此时的结构变形和承载力与允许值比较,以此来判断是否满足“大震不倒”的要求。

弹塑性时程分析方法将结构作为弹塑性振动体系加以分析,直接按照地震波数据输入地面运动,通过积分运算,求得在地面加速度随时间变化期间内,结构的内力和变形随时间变化的全过程,也称为弹塑性直接动力法。具体方法如下:

1)建立结构的几何模型并划分网格。

2)定义材料的本构关系,通过对各个构件指定相应的单元类型和材料类型确定结构的质量、刚度和阻尼矩阵

3)输入适合本场地的地震波并定义模型的边界条件,开始计算。

4)计算完成后,对结果数据进行处理,对结构整体的可靠度做出评估。

在常用的商业有限元软件中,ABAQUS、ADINA、ANSYS、MSC.MARC都内置了混凝土的本构模型,并提供了丰富的单元类型及相应的前后处理功能。在这些程序中一般都有专用的钢筋模型,可以建立组合式或整体式钢筋。以ABAQUS为例,它提供了混凝土弹塑性断裂和混凝土损伤模型以及钢筋单元。其中弹塑性断裂和损伤的混凝土模型非常适合于钢筋混凝土结构的动力弹塑性分析。它的主要优点有:

1)应用范围广泛,可以使用在梁单元、壳单元和实体单元等各种单元类型中,并与钢筋单元共同工作。

2)可以准确模拟混凝土结构在单调加载、循环加载和动力荷载下的响应,并且可以考虑应变速率的影响。

3)引入了损伤指标的概念,可以对混凝土的弹性刚度矩阵进行折减,可以模拟混凝土的刚度随着损伤增加而降低的特点。

4)将非关联硬化引入到了混凝土弹塑性本构模型中,可以更好地模拟混凝土的受压弹塑性行为,可以人为指定混凝土的拉伸强化曲线,从而更好地模拟开裂截面之间混凝土和钢筋共同作用的情况。

5)可以人为地控制裂缝闭合前后的行为,更好地模拟反复荷载作用下混凝土的反应。

对于钢材等材料的屈服和强化,ABAQUS提供了各种屈服准则、流动法则和强化准则,并可以考虑加载时的应变速率等问题。

在ABAQUS的后处理模块中,可以给出整个模型在地震作用下每个时刻的结构变形形态、应力等相关数据,可以查看结构所有混凝土单元的损伤、混凝土中分布的钢筋应力等,了解结构的破坏情况,也可以根据结构的总侧移量和层间位移等控制指标对结构进行整体的判定分析。

根据《装标》5.3.2条文说明:装配式混凝土结构进行弹塑性分析时,构件及节点均可能进入塑性状态。构件的模拟与现浇混凝土结构相同,而节点及接缝的全过程非线性行为的模拟是否准确,是决定分析结果是否准确的关键因素。试验结果证明,受力全过程能够实现等同现浇的湿式连接节点,可按照连续的混凝土结构模拟,忽略接缝的影响。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈