套建增層預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土框架抗震性能與設(shè)計(jì)方法研究.pdf

1、既有房屋的套建增層改造已成為土木工程界所關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。本文構(gòu)建了一種以內(nèi)置H型鋼預(yù)應(yīng)力混凝土組合梁為框架梁、以配置4個(gè)或8個(gè)角鋼的角鋼混凝土柱為框架柱的新型鋼骨混凝土框架結(jié)構(gòu)型式。該框架組合梁中的H型鋼可在框架柱角鋼的間隙通過(guò)，預(yù)應(yīng)力筋可在H型鋼上下翼緣間布置，因此可在框架柱的外側(cè)實(shí)現(xiàn)預(yù)應(yīng)力筋的張拉和錨固；同時(shí)因可在H型鋼下掛底模，并以底模為支撐設(shè)置側(cè)模，故該框架結(jié)構(gòu)底層樓蓋可實(shí)現(xiàn)施工過(guò)程中自承重，基于上述兩點(diǎn)，新型框架結(jié)構(gòu)適合用

2、于既有房屋的套建增層改造。但如何確保新型套建增層結(jié)構(gòu)“小震不壞、中震可修、大震不倒”，特別是滿足“大震不倒”的要求，是工程界迫切解決的問(wèn)題。圍繞這一問(wèn)題，本文開(kāi)展了五個(gè)方面的研究工作。
　　(1)新型框架結(jié)構(gòu)中所采用的角鋼混凝土柱抗震性能的試驗(yàn)研究尚未見(jiàn)報(bào)道，針對(duì)這一問(wèn)題，本文進(jìn)行了9根剪跨比為3、不同軸壓比、采用鋼板箍的角鋼混凝土柱在水平低周反復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)研究，獲得了9根試驗(yàn)柱的滯回曲線，考察了該類(lèi)柱的耗能、剛度退化、抗力

3、衰減、骨架曲線及延性等抗震性能指標(biāo)，建議了角鋼混凝土柱在不同抗震等級(jí)下的軸壓比限值等抗震構(gòu)造措施。在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，給出了角鋼混凝土柱正截面承載力計(jì)算公式。利用仿真分析對(duì)角鋼混凝土柱單調(diào)荷載-位移曲線進(jìn)行了計(jì)算，仿真計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)所得骨架曲線吻合較好。在此基礎(chǔ)上，探索了軸壓比、配箍率、混凝土抗壓強(qiáng)度、含鋼率、鋼材的屈服強(qiáng)度及剪跨比對(duì)角鋼混凝土柱力學(xué)性能的影響，建立了角鋼混凝土柱荷載-位移恢復(fù)力模型和截面彎矩-曲率恢復(fù)力模型，為結(jié)構(gòu)的彈塑性

4、時(shí)程分析提供參考依據(jù)。
　　(2)基于大量參數(shù)分析回歸的內(nèi)置H型鋼預(yù)應(yīng)力混凝土組合梁恢復(fù)力模型尚未見(jiàn)報(bào)道，針對(duì)這一問(wèn)題，本文利用仿真分析對(duì)其他學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)獲得的預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土梁?jiǎn)握{(diào)彎矩-位移曲線和荷載-位移曲線進(jìn)行了計(jì)算，仿真計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。在此基礎(chǔ)上，考察了梁截面型鋼抗力與截面總抗力之比、截面預(yù)應(yīng)力筋抗力與截面總抗力之比兩個(gè)重要參數(shù)對(duì)內(nèi)置H型鋼預(yù)應(yīng)力混凝土組合梁力學(xué)性能的影響，給出了截面曲率延性和位移延性的計(jì)算公式

5、。建立了內(nèi)置H型鋼預(yù)應(yīng)力混凝土組合梁荷載-位移恢復(fù)力模型和截面彎矩-曲率恢復(fù)力模型，為結(jié)構(gòu)的彈塑性時(shí)程分析提供參考依據(jù)。
　　(3)在大型有限元程序ANSYS的基礎(chǔ)上，利用參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言(APDL)和Matlab語(yǔ)言，結(jié)合新型套建增層框架的特點(diǎn)，基于《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)和《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ138-2001)編制了套建增層預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土框架內(nèi)力和配筋計(jì)算程序，該程序能夠根據(jù)需要調(diào)整抗

6、震增強(qiáng)措施，為后文對(duì)新型套建增層框架進(jìn)行彈塑性時(shí)程分析提供了對(duì)象。
　　(4)基于平面桿系模型，采用IDARC非線性分析程序，分析了房屋高度滿足《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ138-2001)要求的底層層高分別為8.1m、11.7m、15.3m、18.9m，上部各層層高為4.2m，跨度為16m的建造在I、II、III類(lèi)場(chǎng)地土上，相對(duì)于設(shè)計(jì)地震分組一、二、三組的不同配筋的分離式套建增層預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土框架在不同地震記錄輸入下

7、的地震反應(yīng)。分析結(jié)果表明，滿足《型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ138-2001)的套建增層預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土框架，在罕遇地震作用下7度抗震設(shè)防區(qū)建造在I、II、III類(lèi)場(chǎng)地土上的套建增層預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土框架不會(huì)發(fā)生倒塌破壞；8度抗震設(shè)防區(qū)建造在Ⅰ類(lèi)場(chǎng)地土上的套建增層預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土框架不會(huì)發(fā)生倒塌破壞；8度抗震設(shè)防區(qū)建造在II、III類(lèi)場(chǎng)地土上的底層結(jié)構(gòu)層高為8.1m，增層層數(shù)為2層到4層的原二級(jí)抗震框架底層柱形成柱鉸倒塌機(jī)制，發(fā)生

8、層倒塌破壞。建議套建增層預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于8度抗震設(shè)防區(qū)建造在II、III類(lèi)場(chǎng)地土上的底層結(jié)構(gòu)層高為8.1m，增層層數(shù)為2層到4層的原二級(jí)抗震框架其柱端彎矩增大系數(shù)及相應(yīng)的梁、柱、節(jié)點(diǎn)的抗震構(gòu)造措施應(yīng)按一級(jí)抗震框架取用。
　　(5)分總則、一般規(guī)定、結(jié)構(gòu)型式、材料選擇、框架抗震等級(jí)、構(gòu)造措施與梁板截面選擇、梁柱設(shè)計(jì)與節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、其它等7個(gè)方面提出了套建增層預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋的設(shè)計(jì)與施工建議。結(jié)合具體工程實(shí)例