关键词:
预应力混凝土
钢筋混凝土
人防荷载
全过程分析
延性比
摘要:
预应力混凝土结构是一种较为理想的浅埋地下大跨结构,具有承载能力强、耐久性和抗裂性能好等优点。但是现行人防技术标准中,关于结构构件延性的规定主要来自试验研究成果,缺少理论研究成果验证;同时缺少预应力混凝土结构的相关规定。因此,开展人防荷载下预应力混凝土结构的全过程分析和延性性能研究具有重要的工程应用价值。本文研发了全过程分析软件,并对人防荷载下预应力混凝土结构的延性性能进行了研究,主要工作如下:
(1)基于现行《混凝土结构设计规范》GB50010-2010等标准,提出了适用于静态、爆炸和地震作用下的钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构全过程分析方法,研发了国内首款相应的钢筋混凝土和预应力混凝土构件全过程性能分析及设计软件(简称:PCNAD),同时用静载模型试验、静动力数值模拟方法以及国外同类型软件进行了验证。PCNAD达到了国外同类软件的精度要求,与国外同类软件相比,清晰地给出全过程分析各控制点(包括初始、零应力、开裂、钢筋屈服、均匀或非均匀受压混凝土极限应变和钢筋极限拉应变)的分析结果,更便于工程设计。
(2)给出能量延性比的定义,提出通过全过程分析计算曲率延性比和能量延性比,来解决现行规范中无预应力混凝土结构延性比计算公式,且无法通过规范中的定义进行延性比计算的问题;同时解决当受压钢筋配筋率和受拉钢筋配筋率相等时无计算方法的问题,可为规范下一步修订提供依据。
(3)开展了预应力混凝土密排框架箱形结构静载试验的全过程分析,结构在静力荷载下并未发生突然的断裂破坏,仍能保持一定的延性;就该试验而言,实测结构抗弯承载能力高于PCNAD计算结果。
(4)开展了人防荷载下预应力混凝土简支梁和钢筋混凝土简支梁的模拟分析,对比了PCNAD、拟静力法和脉冲法的差异性。三种方法计算的曲率延性比相差较小,且拟静力法计算的延性结果较脉冲法更偏安全。多个全过程分析算例表明:结构构件的延性指标受屈服点和极限点选取的影响很大;当选取钢筋拉应变达0.01作为极限点时,延性指标变化规律与选取混凝土压碎作为极限点得到的规律有所不同。
(5)基于工程实例,开展了预应力混凝土密排框架箱形结构和钢筋混凝土密排框架箱形结构的全过程分析,从承载能力、经济效益、环境效益、延性性能及施工难易程度等对两种方案进行了综合性能对比分析,为混凝土结构综合性能全过程分析提供更便捷新方法。同时对纵向钢筋配筋率、预应力度及预应力筋伸长率等因素对结构延性性能的影响进行了验证。预应力混凝土和钢筋混凝土结构均能实现浅埋地下无柱大跨空间的要求。在满足相同净宽、相同净高的使用条件下,预应力混凝土结构正常使用性能相对较好、承载力相对较高、综合抗灾和抗连续倒塌能力较强、造价较低、碳排放较少,延性稍小但能满足要求,综合性能相对较好。