預(yù)應(yīng)力混凝土框架塑性內(nèi)力重分布與彎矩調(diào)幅的研究.pdf

1、近年來，預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)在我國土木工程領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，這種結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中傳統(tǒng)的彈性計(jì)算方法與其在受力過程中呈現(xiàn)出的明顯非線性特性之間是嚴(yán)重不協(xié)調(diào)的，為了解決這一矛盾，國內(nèi)外某些規(guī)范根據(jù)比較成熟的普通鋼筋混凝土框架彎矩調(diào)幅規(guī)定和大量預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁的試驗(yàn)研究成果，也采用彎矩調(diào)幅設(shè)計(jì)方法來考慮預(yù)應(yīng)力超靜定結(jié)構(gòu)在受力過程中的非線性。但是，這些調(diào)幅建議比較適用于預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁，要將其用于結(jié)構(gòu)形式和荷載形式均較復(fù)雜的預(yù)應(yīng)力框架，還有很多

2、問題需要研究。因此，本文以后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力框架為研究對象，對其進(jìn)行了大量的試驗(yàn)研究和非線性全過程分析，揭示了其塑性內(nèi)力重分布規(guī)律，最后提出了適用于預(yù)應(yīng)力框架的彎矩調(diào)幅設(shè)計(jì)建議。 本論文主要完成了以下研究工作： ①介紹了平面柱網(wǎng)大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土框架主次梁結(jié)構(gòu)體系中的大跨度預(yù)應(yīng)力主梁結(jié)構(gòu)方案和大跨度預(yù)應(yīng)力次梁結(jié)構(gòu)方案；探討了解決大跨度預(yù)應(yīng)力框架頂層邊節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜問題的三種方法，即頂層柱施加預(yù)應(yīng)力法、頂層邊節(jié)點(diǎn)先鉸后剛法和頂

3、層邊節(jié)點(diǎn)“梁強(qiáng)于柱”法；討論了預(yù)應(yīng)力框架中的次彎矩、塑性內(nèi)力重分布和彎矩調(diào)幅設(shè)計(jì)問題。 ②完成了10榀接近足尺預(yù)應(yīng)力框架的試驗(yàn)研究，揭示了截面相對受壓區(qū)高度ξ、預(yù)應(yīng)力度λ、初始次彎矩Msec、水平荷載作用、柱軸壓比、截面配筋特征對預(yù)應(yīng)力框架塑性內(nèi)力重分布的重要影響規(guī)律。 ③編制了基于兩階段(張拉階段和加載階段)受力分析的預(yù)應(yīng)力框架非線性分析程序，該程序采用分層有限元模型，從混凝土和鋼筋的應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系出發(fā)，在非線性迭代過

4、程中運(yùn)用弧長控制法，在剛度矩陣中同時(shí)考慮了結(jié)構(gòu)中材料非線性和幾何非線性的影響。 ④用本文非線性有限元程序?qū).Y.Lin在1955年做的兩根7.5m跨度的兩跨預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁和本文10榀預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)框架進(jìn)行了非線性全過程分析，驗(yàn)證了本文非線性分析程序的有效性和準(zhǔn)確性。 ⑤用本文非線性有限元程序?qū)螌訂慰珙A(yù)應(yīng)力框架作了大量非線性全過程分析，進(jìn)—步研究了截面相對受壓區(qū)高度ξ、預(yù)應(yīng)力度λ、張拉控制應(yīng)力σcon、初始次彎矩Msec、柱

5、梁線剛度比、水平荷載作用、截面配筋特征、框架柱軸壓比等對預(yù)應(yīng)力框架塑性內(nèi)力重分布的影響規(guī)律。 ⑥詳細(xì)介紹了國內(nèi)外規(guī)范對預(yù)應(yīng)力超靜定結(jié)構(gòu)彎矩調(diào)幅設(shè)計(jì)建議，并分析了這些規(guī)范存在的不足。根據(jù)本文積累的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和非線性分析結(jié)果，同時(shí)參照國內(nèi)外對預(yù)應(yīng)力超靜定結(jié)構(gòu)彎矩調(diào)幅的設(shè)計(jì)規(guī)定，提出了適用于預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)的調(diào)幅設(shè)計(jì)建議。 ⑦按本文調(diào)幅建議設(shè)計(jì)了兩榀三層兩跨預(yù)應(yīng)力框架，并對其進(jìn)行了非線性全過程分析；然后對這兩榀預(yù)應(yīng)力框架在正常使用

6、極限狀態(tài)和承載能力極限狀態(tài)下進(jìn)行了分析和評價(jià)。根據(jù)這兩榀預(yù)應(yīng)力框架的分析結(jié)果對本文針對預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)調(diào)幅設(shè)計(jì)建議的合理性和安全性進(jìn)行了驗(yàn)證。 通過以上研究工作，本文得出以下主要結(jié)論： ①預(yù)應(yīng)力框架的總次彎矩Msec包括豎向等效荷載次彎矩Msec1和軸次彎矩Msec2兩部分。一般情況下，預(yù)應(yīng)力等效荷載次彎矩Msec1約占總次彎矩的2/3，軸次彎矩Msec2約占1/3，因此必須重視軸次彎矩Msec2對結(jié)構(gòu)的影響。 ②

7、預(yù)應(yīng)力次彎矩Msec在預(yù)應(yīng)力框架的彎矩調(diào)幅中是不容忽視的，其影響可以在對荷載彎矩的調(diào)幅中統(tǒng)一考慮，其中包括預(yù)應(yīng)力次彎矩對彎矩調(diào)幅可能發(fā)揮的有利影響和不利影響。 ③本文非線性有限元程序采用截面分層有限元模型，成功將后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土框架分為張拉階段和加載階段采用不同的分析模型進(jìn)行受力分析，可以更準(zhǔn)確跟蹤預(yù)應(yīng)力框架在不同受力階段的真實(shí)應(yīng)變。經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證，本文非線性分析程序是有效的和準(zhǔn)確的。 ④通過10榀預(yù)應(yīng)力框架的試驗(yàn)研

8、究和大量模擬預(yù)應(yīng)力框架的非線性全過程分析，得出了預(yù)應(yīng)力框架塑性內(nèi)力重分布的規(guī)律。其中截面相對受壓區(qū)高度ξ、初始次彎矩Msec、水平荷載作用對預(yù)應(yīng)力框架的塑性內(nèi)力重分布影響較大。 ⑤根據(jù)本文積累的試驗(yàn)數(shù)據(jù)和非線性分析結(jié)果，同時(shí)參照國內(nèi)外對預(yù)應(yīng)力超靜定結(jié)構(gòu)彎矩調(diào)幅的設(shè)計(jì)建議，針對無側(cè)移預(yù)應(yīng)力框架和有側(cè)移預(yù)應(yīng)力框架，提出了不同的調(diào)幅設(shè)計(jì)建議。 ⑥通過對按照本文調(diào)幅建議設(shè)計(jì)的兩榀三層兩跨預(yù)應(yīng)力框架的非線性全過程分析，并根據(jù)其正常