预应力混凝土框架结构抗震设计

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1、预应力混凝土框架结构抗震设计　　摘要：混凝土受力特点的抗震设计方法并不能保证它的抗震能力，甚至会出现不经济不合理的抗震设计，主要体现在预应力混凝土框架结构的耗能机制、延性设计方法和构造措施方面。　　关键词：预应力混凝土；框架结构；抗震设计　　预应力混凝土结构在我国已得到广泛的应用，但对预应力混凝土结构构件的抗震设计研究及建议远不够系统；虽然GB50011—XX多层多跨预应力混凝土框架结构在地震作用下结构性能研究的试验资料很少，设计人员常常只根据单跨预应力混凝土框架抗震性能的研究成果，将钢筋混凝土框架结构的耗能机制套用于预应力混凝土框架结构。　　若预应力混凝土框架结构的耗能

2、机制是梁铰机制。在地震作用下的结构性能与钢筋混凝土框架的差别不大。但是结构的地震反应及边柱纵向主筋配筋率的控制应与钢筋混凝土框架有所区别。许多国家关于预应力混凝土结构抗震设计的条款和规定非常原则，设计者与审图者常发生矛盾。　　预应力混凝士框架结构在产生较大的变形之后，有较好的变形恢复能力。其耗能比强度相当、初始刚度相近的钢筋混凝土框架结构略低。但框架结构构件中施加预应力后对框架的抗震能力究竟有什么影响，目前探讨得很少。抗震设计规范中很大部分是根据预应力混凝土构件的抗震性能研究成果、单跨预应力混凝土框架的低周反复荷载试验或振动台试验得到的结果经分析后提出，缺乏全面的研究。预

3、应力混凝土框架结构的抗震能力特别是其抗震设计方法，很值得进一步探讨与研究。　　建筑抗震设计规范规定应进行两阶段抗震设计。第一阶段为多遇地震作用下变形验算和截面承载力的计算，采取相应的构造措施，保证结构小震不坏和中震可修；第二阶段为罕遇地震作用下结构薄弱部位的弹塑性变形验算，不满足时，或修改方案重算，或采取加强相应的延性构造措施，保证结构大震不倒。　　在多遇地震作用下预应力混凝土框槊与钢筋混凝土框架抗震计算的区别主要体现在阻尼比、地震影响系数的取值、预应力作用参与地震作用的荷载效应组合等。　　抗震规范中罕遇地震作用下验算结构的弹塑性变形的简化方法，实际上只是满足抗震构造要求

4、，并非真正意义上结构变形验算。　　通过实用而简单的能力分析方法可以得到罕遇地震作用下结构的耗能机制、塑性铰的转角和基底总剪力与结构顶端侧移的P-△骨架曲线，或采用弹塑性时程分析法。　　框架结构的耗能机制一般有粱铰机制、柱铰机制和混合机制三种。若框架边节点处粱端先屈服。而在框架中柱的上、下端相继出铰，这种屈服机制称之为“混合机制”。梁铰机制和混合机制都只有一个自由度，从塑性总体位移△P可确定各塑性铰截面相应增加的塑性转角θP。　　随着框架结构层数的增加，较大的重力荷载使柱轴向压力逐层叠加，特别是最底下几层中柱的轴压比较大，中柱变为小偏心受压，要使下面几层中柱的两端都出铰、并

5、且通过柱铰来耗能是困难的。因为“柱铰”的塑性转动能力不足会发生局部脆性破坏，所以应加强“柱铰”截面处的箍筋约束，减小柱的轴压比，加强结构体系的抗侧能力，减小框架的延性要求。　　若预应力框架层数较多时，随着层数的增加，由于竖向荷载较大，而竖向荷载对柱又是逐层叠加的，这就使得下几层柱的轴压比较大，更接近小偏压柱，所以保证柱子有足够的延性非常重要。多层预应力混凝土框架柱一般为普通混凝土柱。顶层柱考虑到其受力特点，一般要施加预应力。对予普通混凝土柱可按规范中规定的普通钢筋混凝土框架结构中框架柱的设计方法和设计原则进行设计。但由于预应力混凝土结构自身特点，柱的轴压比限值应该要求严格

6、一些。丽如果轴压比过小，则随着层数的增加，竖向荷载不断地加大，底层柱的截面将增大到不合理的程度；而且随着底层柱截面的增加，柱的侧向刚度增大，框架的侧向约柬也将增大。　　理论上普遍认为，由子预应力对节点的侧向约束作用，使节点混凝土处于双向受压状态，不仅可以提高混凝土的开裂荷载，也可以提高节点的受剪承载力；由于混凝土中存在预压应力，减轻了节点刚度退化效应；预应力筋抑制了梁筋从节点拔出，减少了梁筋失稳破坏的可能性。而试验结果却并不乐观。这是因为节点处钢筋密集，锚具的存在削弱了截面；而且在强震作用下，节点核心区是受力复杂的高应力区，当斜拉应力很大引起混凝土开裂时，可能同时导致锚固

7、破坏。因此，锚具应布置在梁柱节点核心区域以外，以避免该区域在剪力作用产生较大对角拉应力的情况下，再承受锚具引起的劈裂应力。节点核心区受剪承载力主要与柱子截面尺寸和配箍量有关。因此，应加密箍筋，同时，为了保证节点混凝土浇筑密实，应在满足构造要求的前提下，尽量把粱纵筋锚固到柱里。必要时可将梁端两侧加宽，以保证在梁端截面极限承载力基本保持不变的情况下，梁柱节点区得到加强，提高节点的受剪承载力。　　抗震变形验算包括：多遇地震作用下层间侧移和顶层总侧移的验算；罕遇地震作用下结构薄弱层的抗震变形验算。对于预应力混凝土结构的抗震设计，我国规