后張預應力預制混凝土框架結構抗震能力及設計方法研究.pdf

1、采用后張預應力筋將預制梁柱構件組合在一起形成的預制混凝土框架結構，除具有一般預制混凝土結構所共有的施工速度快，產(chǎn)品質量好，有效減少混凝土變形裂縫，以及與鋼結構相比耐火性能和防腐性能好等優(yōu)勢外，還具有以下幾個突出的優(yōu)點：1)采用延性連接的梁柱連接節(jié)點具有變剛度自調協(xié)功能；2)結構耐久性好；3)有利于實現(xiàn)大跨度預應力混凝土框架結構的“梁鉸耗能機制”；4)結構恢復性能好，尤其是當連接梁柱構件的預應力筋在梁柱節(jié)點中及兩側兩端一定范圍內設置為無粘

2、結時，預應力筋在罕遇地震下仍保持為彈性，結構震后殘余變形很小，修復所需費用和時間少。5)易于評估地震對結構造成的損傷。由于具有上述許多明顯的優(yōu)勢，有必要對其進行深入的探討和研究，以促進在我國抗震設防區(qū)的應用和發(fā)展。 本文分別對后張有粘結(連接梁柱構件的后張預應力筋通長為有粘結)和部分無粘結(后張預應力筋在梁柱節(jié)點中及兩側梁內各一段設為無粘結)兩種形式的預應力預制混凝土框架結構的抗震能力和設計方法進行了較為深入的試驗和理論研究。具

3、體研究內容概括如下。 由于本文研究的后張預應力預制混凝土框架結構體系，在地震作用下梁和柱構件大部分均保持彈性，彈塑性變形主要出現(xiàn)在梁柱連接截面處，因而梁柱連接節(jié)點是保證預制混凝土框架結構整體工作的重點，且節(jié)點的強度和破壞形態(tài)又直接影響著框架的性能。因此，本文首先分別對兩榀有粘結和兩榀部分無粘結預制梁柱連接節(jié)點進行了低周反復荷載下的試驗研究，了解了這兩種結構的受力變形性能、滯回特性、變形恢復能力、剛度退化情況以及節(jié)點核心區(qū)的抗剪能

4、力等特性。 為進一步了解預制預應力混凝土框架梁柱連接節(jié)點的受力性能，并驗證理論計算方法的可靠性，為進行整體框架結構的設計及彈塑性分析做準備，本文接下來分別采用兩種數(shù)值模擬的方法(自編程序的簡化方法和采用二維彈塑性分析程序DRAIN-2DX的有限元法)，對兩組試件梁端反對稱豎向荷載下的受力過程進行了理論分析。與試驗結果的對比表明，兩種分析方法均能較為準確地模擬試件的力一位移關系骨架曲線，而采用DRAIN程序還可以得到整個加載過程中

5、的滯回曲線。為便于設計應用，論文還根據(jù)梁柱連接截面的受力平衡條件，推導出梁柱連接截面開裂彎矩、線性極限彎矩以及屈服彎矩和極限彎矩值的簡化計算公式。 采用數(shù)值模擬的方法，對影響后張有粘結和部分無粘結預應力預制混凝土框架梁柱連接處受力性能的幾個主要因素進行了參數(shù)分析，并且在參數(shù)分析的基礎上，給出一些相關的設計建議，從而為確定這兩種結構形式的設計方法奠定了理論基礎。 在前述理論和試驗研究的基礎上，以基于性能抗震設計思想為理論出

6、發(fā)點，選擇基于彈塑性分析的方法作為本文結構的抗震設計方法，給出了后張有粘結和部分無粘結預應力預制混凝土框架結構的抗震設計過程，主要包括梁柱連接處的抗彎、抗剪設計，梁、柱構件的抗彎、抗剪設計，節(jié)點核心區(qū)的抗剪設計以及各構件的構造設計等。 為驗證所給出的設計方法的可行性和正確性，選擇兩榀分別代表了大跨重載工業(yè)建筑和中小跨度民用建筑的平面框架結構作為設計實例，采用彈塑性靜力分析方法對兩實例中四榀框架結罕遇地震下抗震性能進行了評估。分析

7、表明，實例結構罕遇地震下最大層間位移角均滿足規(guī)范規(guī)定限值的要求，兩榀部分無粘結結構只有柱根出現(xiàn)塑性鉸，梁端預應力筋均未達到屈服強度；而兩榀有粘結結構也只有柱根及部分梁端進入塑性狀態(tài)，其余柱端則均保持彈性，因此最終均能達到所預期的破壞機制，滿足設計目的的要求。 為了更為全面地研究后張預應力預制混凝土框架結構的抗震能力，了解其在強震下的反應和動力特性，論文的最后采用DRAIN-2DX程序，對所設計的四榀實例結構輸入水平方向地震波進行