后張無(wú)黏結(jié)混合裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架抗震性能研究.pdf

1、裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)符合工業(yè)化的生產(chǎn)方式，符合《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)技術(shù)發(fā)展綱要》要求，與傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)相比，是一種更加節(jié)能、環(huán)保的結(jié)構(gòu)形式。本文提出了一種新型的后張無(wú)黏結(jié)混合裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架(PTHP)節(jié)點(diǎn)形式。該節(jié)點(diǎn)由預(yù)制粱、帶牛腿的預(yù)制柱通過(guò)無(wú)黏結(jié)的預(yù)應(yīng)力筋拼裝而成。設(shè)置在節(jié)點(diǎn)區(qū)的帶肋角鋼為節(jié)點(diǎn)提供耗能能力，預(yù)應(yīng)力筋作為節(jié)點(diǎn)拼裝的手段并提供自恢復(fù)能力，牛腿承受節(jié)點(diǎn)剪力并作為施工時(shí)預(yù)制梁的支撐。該節(jié)點(diǎn)損傷集中在耗能角鋼和節(jié)

2、點(diǎn)區(qū)梁端局部，具有易修復(fù)、自恢復(fù)能力強(qiáng)、適合工業(yè)化生產(chǎn)的特點(diǎn)。研究該節(jié)點(diǎn)的抗震性能很有必要，按照從耗能件角鋼、框架節(jié)點(diǎn)到整體結(jié)構(gòu)的思路，分別進(jìn)行了角鋼的理論和有限元分析、節(jié)點(diǎn)的低周往復(fù)荷載試驗(yàn)研究、節(jié)點(diǎn)性能有限元分析、理論分析、框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和整體框架結(jié)構(gòu)的靜力、動(dòng)力彈塑性分析。
　　基于試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)普通角鋼的恢復(fù)力模型進(jìn)行了修正。提出了角鋼屈服承載力和考慮幾何硬化、材料強(qiáng)化的角鋼屈服后承載力的計(jì)算方法。使用有限元軟件ANSYS分別

3、對(duì)普通角鋼和帶肋角鋼進(jìn)行了三維建模，得到在單調(diào)荷載下的力-位移關(guān)系。通過(guò)與普通角鋼試驗(yàn)結(jié)果、恢復(fù)力模型比較，證明了有限元分析的正確性。根據(jù)分析結(jié)果得到了帶肋角鋼的屈服點(diǎn)、初始剛度值與無(wú)肋角鋼的關(guān)系。結(jié)果表明:設(shè)置加勁肋可有效提高角鋼在低周往復(fù)荷載下的力學(xué)性能。
　　通過(guò)對(duì)PTHP框架節(jié)點(diǎn)進(jìn)行低周往復(fù)荷載試驗(yàn)研究其抗震性能，包括節(jié)點(diǎn)的承載力、變形能力、耗能能力和破壞形態(tài)等。進(jìn)行了3榀不同平均初始?jí)簯?yīng)力和角鋼規(guī)格的框架邊節(jié)點(diǎn)的低周往復(fù)

4、荷載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果包括節(jié)點(diǎn)的滯回曲線(xiàn)、骨架曲線(xiàn)、剛度退化、耗能能力、延性、殘余變形、預(yù)應(yīng)力筋合力、梁位移和角鋼應(yīng)變等。根據(jù)節(jié)點(diǎn)的能量耗散系數(shù)、延性系數(shù)和殘余變形率等指標(biāo)，對(duì)PTHP節(jié)點(diǎn)的受力特點(diǎn)和抗震性能進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
　　使用有限元軟件OpenSees研究基于纖維模型的框架節(jié)點(diǎn)的有限元建模方法，評(píng)估關(guān)鍵參數(shù)對(duì)其性能的影響?；趲Ю呓卿摰牧?位移關(guān)系，編制了角鋼單元。進(jìn)行了低周往復(fù)荷載下框架節(jié)點(diǎn)的擬靜力分析，有限元分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果

5、具有較好的一致性，證實(shí)了有限元分析方法的正確性。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)影響節(jié)點(diǎn)性能的主要參數(shù)（截面平均初始?jí)簯?yīng)力、預(yù)應(yīng)力筋有效應(yīng)力和混凝土強(qiáng)度等級(jí)），進(jìn)行了參數(shù)分析，并給出了設(shè)計(jì)建議。
　　通過(guò)理論分析，提出了后張無(wú)黏結(jié)混合連接框架節(jié)點(diǎn)的恢復(fù)力模型。基于彈性梁的理論和剛體轉(zhuǎn)動(dòng)原理，詳細(xì)分析了節(jié)點(diǎn)在不同受力階段梁端位移的組成。根據(jù)梁端截面的受力平衡和節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)特征，結(jié)合角鋼在反復(fù)拉壓荷載下的恢復(fù)力模型和帶肋角鋼的力-位移關(guān)系，提出了節(jié)點(diǎn)骨架

6、曲線(xiàn)上特征點(diǎn)荷載的計(jì)算方法。根據(jù)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角推導(dǎo)了預(yù)應(yīng)力筋的變形增量，進(jìn)而得到了其合力的變化。計(jì)算方法基于合理的力學(xué)理論，能夠較好地預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)的骨架曲線(xiàn)，可為節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
　　針對(duì)PTHP框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，提出了一種改進(jìn)的基于位移的設(shè)計(jì)方法。介紹了PTHP框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)流程，包括:節(jié)點(diǎn)的連接構(gòu)造設(shè)計(jì);梁柱接觸面和梁跨中的抗彎設(shè)計(jì);預(yù)制梁、柱構(gòu)件、牛腿、節(jié)點(diǎn)核心區(qū)、預(yù)應(yīng)力筋和角鋼的設(shè)計(jì);變形驗(yàn)算等。在此基礎(chǔ)上，以某典型的多層工業(yè)廠房

7、為例，進(jìn)行了1榀三層兩跨PTHP框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)方法能夠有效地實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”等設(shè)計(jì)原則。
　　基于OpenSees平臺(tái)，對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)例中1榀PTHP框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力、動(dòng)力彈塑性分析，評(píng)估其在多遇、罕遇地震下的抗震性能。首先，對(duì)整體框架進(jìn)行靜力彈塑性(Pushover)分析，得到其基底剪力與頂點(diǎn)位移(V-u)關(guān)系曲線(xiàn)、最大層間位移、梁端柱端塑性鉸發(fā)展情況及其分布;其次，選取了6條地震波，對(duì)整體框架進(jìn)行了動(dòng)力彈塑性