后張預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震能力及設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、采用后張預(yù)應(yīng)力筋將預(yù)制梁柱構(gòu)件組合在一起形成的預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)，除具有一般預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)所共有的施工速度快，產(chǎn)品質(zhì)量好，有效減少混凝土變形裂縫，以及與鋼結(jié)構(gòu)相比耐火性能和防腐性能好等優(yōu)勢(shì)外，還具有以下幾個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)：1)采用延性連接的梁柱連接節(jié)點(diǎn)具有變剛度自調(diào)協(xié)功能；2)結(jié)構(gòu)耐久性好；3)有利于實(shí)現(xiàn)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)的“梁鉸耗能機(jī)制”；4)結(jié)構(gòu)恢復(fù)性能好，尤其是當(dāng)連接梁柱構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力筋在梁柱節(jié)點(diǎn)中及兩側(cè)兩端一定范圍內(nèi)設(shè)置為無粘

2、結(jié)時(shí)，預(yù)應(yīng)力筋在罕遇地震下仍保持為彈性，結(jié)構(gòu)震后殘余變形很小，修復(fù)所需費(fèi)用和時(shí)間少。5)易于評(píng)估地震對(duì)結(jié)構(gòu)造成的損傷。由于具有上述許多明顯的優(yōu)勢(shì)，有必要對(duì)其進(jìn)行深入的探討和研究，以促進(jìn)在我國(guó)抗震設(shè)防區(qū)的應(yīng)用和發(fā)展。 本文分別對(duì)后張有粘結(jié)(連接梁柱構(gòu)件的后張預(yù)應(yīng)力筋通長(zhǎng)為有粘結(jié))和部分無粘結(jié)(后張預(yù)應(yīng)力筋在梁柱節(jié)點(diǎn)中及兩側(cè)梁內(nèi)各一段設(shè)為無粘結(jié))兩種形式的預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震能力和設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了較為深入的試驗(yàn)和理論研究。具

3、體研究?jī)?nèi)容概括如下。 由于本文研究的后張預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，在地震作用下梁和柱構(gòu)件大部分均保持彈性，彈塑性變形主要出現(xiàn)在梁柱連接截面處，因而梁柱連接節(jié)點(diǎn)是保證預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)整體工作的重點(diǎn)，且節(jié)點(diǎn)的強(qiáng)度和破壞形態(tài)又直接影響著框架的性能。因此，本文首先分別對(duì)兩榀有粘結(jié)和兩榀部分無粘結(jié)預(yù)制梁柱連接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了低周反復(fù)荷載下的試驗(yàn)研究，了解了這兩種結(jié)構(gòu)的受力變形性能、滯回特性、變形恢復(fù)能力、剛度退化情況以及節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪能

4、力等特性。 為進(jìn)一步了解預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁柱連接節(jié)點(diǎn)的受力性能，并驗(yàn)證理論計(jì)算方法的可靠性，為進(jìn)行整體框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)及彈塑性分析做準(zhǔn)備，本文接下來分別采用兩種數(shù)值模擬的方法(自編程序的簡(jiǎn)化方法和采用二維彈塑性分析程序DRAIN-2DX的有限元法)，對(duì)兩組試件梁端反對(duì)稱豎向荷載下的受力過程進(jìn)行了理論分析。與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比表明，兩種分析方法均能較為準(zhǔn)確地模擬試件的力一位移關(guān)系骨架曲線，而采用DRAIN程序還可以得到整個(gè)加載過程中

5、的滯回曲線。為便于設(shè)計(jì)應(yīng)用，論文還根據(jù)梁柱連接截面的受力平衡條件，推導(dǎo)出梁柱連接截面開裂彎矩、線性極限彎矩以及屈服彎矩和極限彎矩值的簡(jiǎn)化計(jì)算公式。 采用數(shù)值模擬的方法，對(duì)影響后張有粘結(jié)和部分無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土框架梁柱連接處受力性能的幾個(gè)主要因素進(jìn)行了參數(shù)分析，并且在參數(shù)分析的基礎(chǔ)上，給出一些相關(guān)的設(shè)計(jì)建議，從而為確定這兩種結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)方法奠定了理論基礎(chǔ)。 在前述理論和試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，以基于性能抗震設(shè)計(jì)思想為理論出

6、發(fā)點(diǎn)，選擇基于彈塑性分析的方法作為本文結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法，給出了后張有粘結(jié)和部分無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)過程，主要包括梁柱連接處的抗彎、抗剪設(shè)計(jì)，梁、柱構(gòu)件的抗彎、抗剪設(shè)計(jì)，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪設(shè)計(jì)以及各構(gòu)件的構(gòu)造設(shè)計(jì)等。 為驗(yàn)證所給出的設(shè)計(jì)方法的可行性和正確性，選擇兩榀分別代表了大跨重載工業(yè)建筑和中小跨度民用建筑的平面框架結(jié)構(gòu)作為設(shè)計(jì)實(shí)例，采用彈塑性靜力分析方法對(duì)兩實(shí)例中四榀框架結(jié)罕遇地震下抗震性能進(jìn)行了評(píng)估。分析

7、表明，實(shí)例結(jié)構(gòu)罕遇地震下最大層間位移角均滿足規(guī)范規(guī)定限值的要求，兩榀部分無粘結(jié)結(jié)構(gòu)只有柱根出現(xiàn)塑性鉸，梁端預(yù)應(yīng)力筋均未達(dá)到屈服強(qiáng)度；而兩榀有粘結(jié)結(jié)構(gòu)也只有柱根及部分梁端進(jìn)入塑性狀態(tài)，其余柱端則均保持彈性，因此最終均能達(dá)到所預(yù)期的破壞機(jī)制，滿足設(shè)計(jì)目的的要求。 為了更為全面地研究后張預(yù)應(yīng)力預(yù)制混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震能力，了解其在強(qiáng)震下的反應(yīng)和動(dòng)力特性，論文的最后采用DRAIN-2DX程序，對(duì)所設(shè)計(jì)的四榀實(shí)例結(jié)構(gòu)輸入水平方向地震波進(jìn)行