自定心混凝土框架的抗震性能與設(shè)計(jì)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(yù)應(yīng)力混凝土框架（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架）。其中，預(yù)制的框架梁柱通過(guò)水平設(shè)置的無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行拼接，在地震作用下梁柱接觸面存在張開(kāi)和閉合行為。預(yù)應(yīng)力筋承擔(dān)節(jié)點(diǎn)彎矩，并提供彈性恢復(fù)力使結(jié)構(gòu)恢復(fù)到原先的位置（即具有自定心能力）。梁柱的接觸部位分別預(yù)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(shè)置了腹板摩擦耗能裝置，從而在粱桂相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)耗散地

2、震能量。
　　針對(duì)自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)，本文從梁柱節(jié)點(diǎn)和整體框架的低周反復(fù)加載試驗(yàn)、性能化設(shè)計(jì)方法和抗震性能的數(shù)值評(píng)估等方面，進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，具體內(nèi)容包括:
　　(1)提出了自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架梁柱節(jié)點(diǎn)的改進(jìn)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(jìn)一步減少節(jié)點(diǎn)的損傷。通過(guò)10個(gè)低周反復(fù)加載試驗(yàn)，對(duì)節(jié)點(diǎn)在循環(huán)荷載下的抗震性能進(jìn)行了研究，分析了初始預(yù)應(yīng)力、摩擦力、摩擦材料、梁

3、端鋼套和預(yù)應(yīng)力筋布置方式等參數(shù)對(duì)于節(jié)點(diǎn)性能的影響。采用開(kāi)源有限元分析軟件OpenSees對(duì)節(jié)點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，數(shù)值模擬的結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好。
　　(2)為進(jìn)一步研究含自定心梁柱節(jié)點(diǎn)的整體框架的抗震性能，對(duì)1個(gè)柱底固結(jié)自定心混凝土框架（柱底-基礎(chǔ)為傳統(tǒng)現(xiàn)澆連接、梁-柱為預(yù)應(yīng)力連接）和1個(gè)傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土框架進(jìn)行了大比例的低周反復(fù)掘載試驗(yàn)。對(duì)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(jìn)行了對(duì)比分析。另外，提出了一種預(yù)應(yīng)力柱-基礎(chǔ)節(jié)點(diǎn)，并應(yīng)用于全預(yù)應(yīng)力自定心混凝土框架（柱底-基礎(chǔ)和梁-柱均為預(yù)應(yīng)力連接）。對(duì)2個(gè)全預(yù)應(yīng)力自定心混凝土框架進(jìn)行了一系列的低周反復(fù)加載試驗(yàn)，研究了不同的設(shè)計(jì)參數(shù)（預(yù)應(yīng)力、摩擦力等）對(duì)框架抗震性能的影響。
　　(3)對(duì)自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行研究1。首先，定義結(jié)構(gòu)的抗震性能水準(zhǔn)、地震動(dòng)作用水準(zhǔn)和結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，確定自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架的抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)。然后，建立自

5、定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法，包括梁柱的截面尺寸選擇、配筋、預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力混凝土框架為例，進(jìn)行基于性能的抗震設(shè)計(jì)，并選用10條地震波進(jìn)行非線性動(dòng)力時(shí)程分析。將計(jì)算得到的位移、彎矩、應(yīng)變等結(jié)構(gòu)響應(yīng)和設(shè)計(jì)需求進(jìn)行比較，兩者吻合良好，驗(yàn)證了該設(shè)計(jì)方法的有效性。
　　(4)為評(píng)估自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架的抗震性能，在梁柱節(jié)點(diǎn)的數(shù)值模型基礎(chǔ)上進(jìn)行了多層框架的建模。對(duì)自定心預(yù)應(yīng)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(jìn)行了非線性的靜力分析、多遇和罕遇地震動(dòng)作用下的動(dòng)力時(shí)程分析。分析結(jié)果表明，在多遇地震動(dòng)作用下，自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架和傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土框架具有相當(dāng)?shù)目拐鹦阅?在罕遇地震動(dòng)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(yù)應(yīng)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(duì)自定心預(yù)應(yīng)力混凝土框架的抗震性能進(jìn)行了研究。對(duì)自定心