后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配混凝土結(jié)構(gòu)抗震能力的試驗研究.pdf

1、用后張預(yù)應(yīng)力將梁與柱裝配成框架或梁與墻裝配成剪力墻的無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力裝配混凝土結(jié)構(gòu)，除具有普通預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的施工速度快、環(huán)境污染小、質(zhì)量有保證、耐久性能好等優(yōu)勢外，還有以下幾個特點：(1)易于實現(xiàn)梁鉸耗能機制；(2)易于評估地震造成的結(jié)構(gòu)損傷；(3)恢復(fù)性能好，殘余變形小，易于修復(fù)。無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力裝配混凝土結(jié)構(gòu)具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景，但國內(nèi)對其抗震能力和設(shè)計方法的研究并不多。因此，有必要對其進(jìn)行深入的探討和研究，以促進(jìn)其在我國抗震設(shè)

2、防區(qū)的應(yīng)用和發(fā)展。
　　 采用試驗與理論分析相結(jié)合，本文詳細(xì)研究無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力裝配混凝土框架節(jié)點和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震能力，并探討這兩種結(jié)構(gòu)的抗震分析和設(shè)計方法。論文主要內(nèi)容如下。
　　 1.回顧和分析了與無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力裝配混凝土框架節(jié)點和短肢剪力墻結(jié)構(gòu)研究相關(guān)的國內(nèi)外研究成果。全面介紹了PRESSS(預(yù)制裝配式抗震結(jié)構(gòu)體系)研究計劃的全過程。
　　 2.分別采用兩種數(shù)值分析方法(簡化理論分析方法和更精確的二

3、維彈塑性有限元分析程序DRAIN-2DX)模擬無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力裝配混凝土框架節(jié)點在側(cè)向荷載下的力—變形性能。根據(jù)裝配梁的變形協(xié)調(diào)，建立了在單調(diào)側(cè)向荷載下的梁的彎矩—轉(zhuǎn)角關(guān)系。評估了后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力這一重要的結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)對無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力裝配混凝土框架節(jié)點的抗震性能的影響。分析結(jié)果表明：隨著預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力值的增大，承載力和剛度提高明顯，但梁端轉(zhuǎn)角變形和相應(yīng)的樓層結(jié)構(gòu)位移變形降低。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計時，合理選擇結(jié)構(gòu)的后張預(yù)應(yīng)

4、力筋的有效應(yīng)力值等設(shè)計參數(shù)可以設(shè)計出更好的側(cè)向荷載下的結(jié)構(gòu)性能。由于采用延性的干連接，設(shè)計合理的無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力裝配混凝土框架結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下僅僅梁端有些破壞。
　　 3.完成了三個1/2縮尺比例的無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力裝配混凝土框架中節(jié)點的低周往復(fù)擬靜力水平加載試驗。三個框架中節(jié)點試件用來對比研究梁端設(shè)置材料阻尼混凝土段的梁柱節(jié)點在水平地震作用下的受力變形性能。試驗結(jié)果顯示：滯回特性，自我恢復(fù)原狀能力，剛度退化情況，核心區(qū)抗剪強

5、度等。設(shè)計合理的無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力裝配混凝土框架結(jié)構(gòu)具有較強的變形恢復(fù)能力。試驗結(jié)果驗證了無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力裝配混凝土框架中節(jié)點的兩種數(shù)值分析方法的準(zhǔn)確性。
　　 4.提出了無粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力裝配短肢聯(lián)肢剪力墻的設(shè)計模型并確定新型剪力墻的設(shè)計方法。利用非線性有限元軟件DRAIN-2DX中的纖維梁柱單元、桁架單元、連接單元建立了后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配短肢聯(lián)肢剪力墻的非線性有限元模型。利用建立的非線性有限元模型及能力譜法評估了新型剪力墻抗側(cè)

6、能力。研究了預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力值、墻肢截面高度等設(shè)計參數(shù)對后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配短肢聯(lián)肢剪力墻抗側(cè)性能的影響。分析結(jié)果表明增加肢長、預(yù)應(yīng)力筋的有效預(yù)應(yīng)力值不僅可以大幅提高后張無粘結(jié)裝配短肢聯(lián)肢剪力墻的剛度及承載力，同時可以有效的降低頂點目標(biāo)位移及其所對應(yīng)的薄弱層的層間位移角。因此，合理選擇設(shè)計參數(shù)可以有效的改善結(jié)構(gòu)的抗側(cè)能力。合理設(shè)計的后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配式短肢聯(lián)肢剪力墻，在罕遇地震作用下，少量損傷只出現(xiàn)連梁端部、墻肢連接部位，而連梁因

7、采用干性連接，震后也較易進(jìn)行修復(fù)。
　　 5.進(jìn)行了兩片2層1/二2縮尺的對稱雙肢預(yù)應(yīng)力裝配短肢剪力墻的低周往復(fù)擬靜力水平加載試驗。兩片剪力墻試件用來對比研究墻肢截面高度即墻肢高厚比不同的抗側(cè)性能。試驗結(jié)果表明了后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配聯(lián)肢短肢剪力墻在地震作用下塑性變形主要出現(xiàn)在預(yù)制連梁與墻肢的連接部位，從而有利用于震后修復(fù)；在預(yù)應(yīng)力作用下，卸載后，結(jié)構(gòu)殘余變形小，具有良好的“自恢復(fù)”能力；隨著控制位移的增大，卸載時由于預(yù)應(yīng)力筋回彈

8、作用捏縮快，滯回環(huán)由尖梭形向S形發(fā)展，包絡(luò)的面積較小。試驗結(jié)果同時也驗證了DRAIN-2DX建立的后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配短肢剪力墻的非線性有限元模型的準(zhǔn)確性。增加墻肢截面高度，能量耗散系數(shù)提高明顯。
　　 6.介紹了基于位移抗震設(shè)計方法的各自特點。采用合理的假定，推導(dǎo)了后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力裝配短肢剪力墻的直接基于位移的抗震設(shè)計方法。對裝配混凝土梁截面的彎矩—轉(zhuǎn)角關(guān)系受力全過程進(jìn)行了理論分析，根據(jù)截面的受力平衡條件，推導(dǎo)了彎矩—轉(zhuǎn)角關(guān)系