自定心混凝土框架的抗震性能與設計方法研究.pdf

1、為減少鋼筋混凝土框架在地震作用下的殘余變形和損傷，提出了一種新型的腹板摩擦式自定心預應力混凝土框架（以下簡稱為自定心預應力混凝土框架）。其中，預制的框架梁柱通過水平設置的無粘結(jié)預應力筋進行拼接，在地震作用下梁柱接觸面存在張開和閉合行為。預應力筋承擔節(jié)點彎矩，并提供彈性恢復力使結(jié)構(gòu)恢復到原先的位置（即具有自定心能力）。梁柱的接觸部位分別預埋鋼套和鋼板，以避免梁柱接觸面處混凝土的破壞。在梁端設置了腹板摩擦耗能裝置，從而在粱桂相對轉(zhuǎn)動時耗散地

2、震能量。
　　針對自定心預應力混凝土框架結(jié)構(gòu)，本文從梁柱節(jié)點和整體框架的低周反復加載試驗、性能化設計方法和抗震性能的數(shù)值評估等方面，進行了系統(tǒng)的研究，具體內(nèi)容包括:
　　(1)提出了自定心預應力混凝土框架梁柱節(jié)點的改進構(gòu)造形式，將腹板摩擦裝置的連接方式由焊接改為螺栓連接，以便于摩擦裝置的安裝更換，并進一步減少節(jié)點的損傷。通過10個低周反復加載試驗，對節(jié)點在循環(huán)荷載下的抗震性能進行了研究，分析了初始預應力、摩擦力、摩擦材料、梁

3、端鋼套和預應力筋布置方式等參數(shù)對于節(jié)點性能的影響。采用開源有限元分析軟件OpenSees對節(jié)點的試驗結(jié)果進行了數(shù)值模擬研究，數(shù)值模擬的結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)吻合良好。
　　(2)為進一步研究含自定心梁柱節(jié)點的整體框架的抗震性能，對1個柱底固結(jié)自定心混凝土框架（柱底-基礎為傳統(tǒng)現(xiàn)澆連接、梁-柱為預應力連接）和1個傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土框架進行了大比例的低周反復掘載試驗。對柱底固結(jié)自定心框架和傳統(tǒng)現(xiàn)澆框架的破壞形態(tài)、滯回特性、能量耗散、殘余變形和自定

4、心能力進行了對比分析。另外，提出了一種預應力柱-基礎節(jié)點，并應用于全預應力自定心混凝土框架（柱底-基礎和梁-柱均為預應力連接）。對2個全預應力自定心混凝土框架進行了一系列的低周反復加載試驗，研究了不同的設計參數(shù)（預應力、摩擦力等）對框架抗震性能的影響。
　　(3)對自定心預應力混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設計方法進行研究1。首先，定義結(jié)構(gòu)的抗震性能水準、地震動作用水準和結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，確定自定心預應力混凝土框架的抗震設計目標。然后，建立自

5、定心預應力混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設計方法，包括梁柱的截面尺寸選擇、配筋、預應力和摩擦力的確定等內(nèi)容。最后以1榀4跨6層的自定心預應力混凝土框架為例，進行基于性能的抗震設計，并選用10條地震波進行非線性動力時程分析。將計算得到的位移、彎矩、應變等結(jié)構(gòu)響應和設計需求進行比較，兩者吻合良好，驗證了該設計方法的有效性。
　　(4)為評估自定心預應力混凝土框架的抗震性能，在梁柱節(jié)點的數(shù)值模型基礎上進行了多層框架的建模。對自定心預應力混凝土框架

6、結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)進行了非線性的靜力分析、多遇和罕遇地震動作用下的動力時程分析。分析結(jié)果表明，在多遇地震動作用下，自定心預應力混凝土框架和傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土框架具有相當?shù)目拐鹦阅?在罕遇地震動作用下，傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土框架殘余變形較大，而自定心預應力混凝土框架具有良好的能量耗散能力、自定心能力和承彎能力，綜合的抗震性能優(yōu)于傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)。
　　(5)采用概率分析方法對自定心預應力混凝土框架的抗震性能進行了研究。對自定心