新型預(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、為了順應(yīng)建筑工業(yè)化的發(fā)展趨勢(shì)，基于可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)的理念，首次提出一種新型的基于頂?shù)捉卿摵哪艿淖詮?fù)位預(yù)應(yīng)力預(yù)制裝配混凝土框架節(jié)點(diǎn)（稱為PTED節(jié)點(diǎn)），該節(jié)點(diǎn)通過(guò)預(yù)應(yīng)力筋和高強(qiáng)摩擦型螺栓將梁、柱、耗能角鋼拼裝在一起形成節(jié)點(diǎn)。在地震作用下，預(yù)應(yīng)力筋提供節(jié)點(diǎn)的自復(fù)位的能力，耗能角鋼提供節(jié)點(diǎn)的耗能能力，節(jié)點(diǎn)損傷集中在耗能角鋼上，震后通過(guò)預(yù)應(yīng)力筋的自復(fù)位能力使結(jié)構(gòu)自動(dòng)恢復(fù)到正常狀態(tài)，然后通過(guò)更換受損的耗能角鋼，迅速恢復(fù)結(jié)構(gòu)的功能。節(jié)點(diǎn)可實(shí)行工業(yè)化生

2、產(chǎn)，可實(shí)現(xiàn)震后快速恢復(fù)，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(diǎn)具有上述的獨(dú)特的優(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。
　　 為了研究PTED節(jié)點(diǎn)的抗震性能，首先進(jìn)行7個(gè)PTED邊節(jié)點(diǎn)的低周往復(fù)荷載試驗(yàn)，對(duì)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(fù)位能力等抗震性能進(jìn)行分析，研究各參數(shù)的變化對(duì)節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響。提出PTED節(jié)點(diǎn)的修復(fù)機(jī)理和修復(fù)方法并通過(guò)試驗(yàn)

3、進(jìn)行驗(yàn)證。梁、柱、預(yù)應(yīng)力筋和角鋼相當(dāng)于節(jié)點(diǎn)的各個(gè)組件，為了研究節(jié)點(diǎn)各組件對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能的影響，進(jìn)行各組件的系列的低周往復(fù)荷載試驗(yàn)。
　　 提出節(jié)點(diǎn)的恢復(fù)力模型，包括滯回特性和骨架曲線。在試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，得出PTED節(jié)點(diǎn)的滯回特性，對(duì)PTED節(jié)點(diǎn)的骨架曲線進(jìn)行分析，定義PTED節(jié)點(diǎn)骨架曲線的幾個(gè)特征點(diǎn):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(diào)、力的平衡和物理方程，利用理論公式推導(dǎo)各極限狀態(tài)點(diǎn)對(duì)應(yīng)

4、的荷載和位移，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，可知采用提出的理論推導(dǎo)方法能較準(zhǔn)確計(jì)算節(jié)點(diǎn)在單向受力下的力—位移關(guān)系。提出PTED節(jié)點(diǎn)的預(yù)應(yīng)力筋的合力隨層間位移角變化的預(yù)測(cè)公式，并與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，驗(yàn)證本文提出的預(yù)測(cè)公式的正確性。
　　 提出角鋼的拉—壓恢復(fù)力模型，利用角鋼的拉—壓恢復(fù)力模型對(duì)國(guó)內(nèi)外頂?shù)捉卿撨B接鋼結(jié)構(gòu)試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，所得結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，驗(yàn)證了角鋼恢復(fù)力模型的正確性。建立基于OpenSEES軟件的PTED節(jié)點(diǎn)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(jì)算效率高，收斂性好的優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)PTED節(jié)點(diǎn)的受力特性，解決了梁柱結(jié)合面力學(xué)行為的模擬，預(yù)應(yīng)力筋與角鋼的模擬，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)剪切變形的本構(gòu)關(guān)系以及梁端塑性鉸長(zhǎng)度的取值等建模的關(guān)鍵問(wèn)題，對(duì)節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)進(jìn)行數(shù)值模擬，數(shù)值模擬的結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果較吻合，說(shuō)明建模方法的準(zhǔn)確性和可靠性。對(duì)影響PTED節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)未涉及的幾個(gè)主要因素進(jìn)行參數(shù)分析，研究參數(shù)的變化對(duì)節(jié)點(diǎn)受力性能的影響，并提出相應(yīng)的設(shè)計(jì)

6、建議。
　　 研究梁的伸長(zhǎng)效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能的影響。PTED框架結(jié)構(gòu)體系中，梁柱結(jié)合面縫隙的張開導(dǎo)致梁的伸長(zhǎng)效應(yīng)。梁的伸長(zhǎng)導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)變?cè)龃?，作用于梁上的預(yù)壓力增大，梁的伸長(zhǎng)效應(yīng)引起的柱彎曲變形同樣導(dǎo)致梁軸壓力的增大，同時(shí)影響柱中剪力。預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)變?cè)龃蠛椭拥膹澢冃我鸬妮S壓力將使梁產(chǎn)生軸向壓縮變形，從而減小預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力和柱子的彎曲變形，據(jù)此，本文推導(dǎo)了考慮梁壓縮變形的梁伸長(zhǎng)值、預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)變值。
　　 為了研究結(jié)構(gòu)整

7、體的抗震性能，基于OpenSEES軟件，建立了5層4跨PTED框架結(jié)構(gòu)的有限元分析模型，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行Pushover分析，說(shuō)明PTED框架的最大層間位移角、梁柱連接處的轉(zhuǎn)角及柱底塑性鉸能夠滿足罕遇地震的變形要求，結(jié)構(gòu)為梁鉸耗能機(jī)制，抗震性能良好，同時(shí)探討了底層柱縱筋取值對(duì)結(jié)構(gòu)受力性能的影響。
　　 提出基于PTED結(jié)構(gòu)體系的SDOFBP模型，推導(dǎo)了PTED結(jié)構(gòu)多自由度體系向單自由度體系的轉(zhuǎn)化方法，并對(duì)SDOFBP模型進(jìn)行評(píng)估，說(shuō)明