新型預應力預制混凝土框架結構抗震能力及設計方法研究.pdf

1、為了順應建筑工業(yè)化的發(fā)展趨勢，基于可恢復功能結構的理念，首次提出一種新型的基于頂?shù)捉卿摵哪艿淖詮臀活A應力預制裝配混凝土框架節(jié)點（稱為PTED節(jié)點），該節(jié)點通過預應力筋和高強摩擦型螺栓將梁、柱、耗能角鋼拼裝在一起形成節(jié)點。在地震作用下，預應力筋提供節(jié)點的自復位的能力，耗能角鋼提供節(jié)點的耗能能力，節(jié)點損傷集中在耗能角鋼上，震后通過預應力筋的自復位能力使結構自動恢復到正常狀態(tài)，然后通過更換受損的耗能角鋼，迅速恢復結構的功能。節(jié)點可實行工業(yè)化生

2、產(chǎn)，可實現(xiàn)震后快速恢復，代表了可持續(xù)發(fā)展工程抗震的研究方向。由于PTED節(jié)點具有上述的獨特的優(yōu)勢，有必要對其進行深入的探討和研究，以促進在我國抗震設防區(qū)的應用和發(fā)展。
　　 為了研究PTED節(jié)點的抗震性能，首先進行7個PTED邊節(jié)點的低周往復荷載試驗，對試件的滯回曲線、骨架曲線、剛度退化、耗能能力、延性、殘余變形以及自復位能力等抗震性能進行分析，研究各參數(shù)的變化對節(jié)點抗震性能的影響。提出PTED節(jié)點的修復機理和修復方法并通過試驗

3、進行驗證。梁、柱、預應力筋和角鋼相當于節(jié)點的各個組件，為了研究節(jié)點各組件對節(jié)點受力性能的影響，進行各組件的系列的低周往復荷載試驗。
　　 提出節(jié)點的恢復力模型，包括滯回特性和骨架曲線。在試驗研究的基礎上，得出PTED節(jié)點的滯回特性，對PTED節(jié)點的骨架曲線進行分析，定義PTED節(jié)點骨架曲線的幾個特征點:有效線性極限狀態(tài)、角鋼屈服狀態(tài)和梁端約束混凝土被壓碎極限狀態(tài)，基于變形協(xié)調、力的平衡和物理方程，利用理論公式推導各極限狀態(tài)點對應

4、的荷載和位移，并與試驗結果進行比較，可知采用提出的理論推導方法能較準確計算節(jié)點在單向受力下的力—位移關系。提出PTED節(jié)點的預應力筋的合力隨層間位移角變化的預測公式，并與試驗結果對比，驗證本文提出的預測公式的正確性。
　　 提出角鋼的拉—壓恢復力模型，利用角鋼的拉—壓恢復力模型對國內(nèi)外頂?shù)捉卿撨B接鋼結構試驗進行數(shù)值模擬，所得結果與試驗結果吻合良好，驗證了角鋼恢復力模型的正確性。建立基于OpenSEES軟件的PTED節(jié)點的有限元分

5、析模型，模型的建立采用基于有限單元柔度法的非線性纖維梁柱單元，具有計算效率高，收斂性好的優(yōu)點。針對PTED節(jié)點的受力特性，解決了梁柱結合面力學行為的模擬，預應力筋與角鋼的模擬，節(jié)點核心區(qū)剪切變形的本構關系以及梁端塑性鉸長度的取值等建模的關鍵問題，對節(jié)點試驗進行數(shù)值模擬，數(shù)值模擬的結果與試驗結果較吻合，說明建模方法的準確性和可靠性。對影響PTED節(jié)點試驗未涉及的幾個主要因素進行參數(shù)分析，研究參數(shù)的變化對節(jié)點受力性能的影響，并提出相應的設計

6、建議。
　　 研究梁的伸長效應對結構受力性能的影響。PTED框架結構體系中，梁柱結合面縫隙的張開導致梁的伸長效應。梁的伸長導致預應力筋應變增大，作用于梁上的預壓力增大，梁的伸長效應引起的柱彎曲變形同樣導致梁軸壓力的增大，同時影響柱中剪力。預應力筋應變增大和柱子的彎曲變形引起的軸壓力將使梁產(chǎn)生軸向壓縮變形，從而減小預應力筋應力和柱子的彎曲變形，據(jù)此，本文推導了考慮梁壓縮變形的梁伸長值、預應力筋應變值。
　　 為了研究結構整

7、體的抗震性能，基于OpenSEES軟件，建立了5層4跨PTED框架結構的有限元分析模型，對結構進行Pushover分析，說明PTED框架的最大層間位移角、梁柱連接處的轉角及柱底塑性鉸能夠滿足罕遇地震的變形要求，結構為梁鉸耗能機制，抗震性能良好，同時探討了底層柱縱筋取值對結構受力性能的影響。
　　 提出基于PTED結構體系的SDOFBP模型，推導了PTED結構多自由度體系向單自由度體系的轉化方法，并對SDOFBP模型進行評估，說明