浅论后张预应力预制混凝土框架结构抗震能力及设计方法研究

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1、东南大学博士学位论文后张预应力预制混凝土框架结构抗震能力及设计方法研究姓名：种迅申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：孟少平20070501东南大学博士学位论文后张预应力预制混凝土框架结构抗震能力及设计方法研究博士研究生t种迅指导教师：盂少平教授摘要采用后张预应力筋将预制粱柱构件组合在一起形成的预制混凝土框架结构，除具有一般预制混凝土结构所共有的施工速度快，产品质量好，有效减少混凝土变形裂缝，以及与钢结构相比耐火性能和防腐性能好等优势外，还具有以下几个突出的优点：1)采用延性连接的粱柱连接节点具有变刚度自调协功能；2)结构耐久性好；3)有利于实现大跨度预应力混凝土框

2、架结构的“粱铰耗能机制一．4)结构恢复性能好，尤其是当连接粱柱构件的预应力筋在粱柱节点中及两侧两端一定范围内设置为无粘结时，预应力筋在罕遇地震下仍保持为弹性，结构震后残余变形很小，修复所需费用和时间少。5)易于评估地震对结构造成的损伤。由于具有上述许多明显的优势，有必要对其进行深入的探讨和研究，以促进在我国抗震设防区的应用和发展。本文分别对后张有粘结(连接梁柱构件的后张预应力筋通长为有粘结)和部分无粘结(后张预应力筋在粱柱节点中及两侧粱内各一段设为无枯结)两种形式的预应力预制混凝土框架结构的抗震能力和设计方法进行了较为深入的试验和理论研究。具体研究内容概括如下。由于本文

3、研究的后张预应力预制混凝土框架结构体系，在她震作用下粱和柱构件大部分均保持弹性，弹塑性变形主要出现在粱柱连接截面处，因而粱柱连接节点是保证预制混凝土框架结构整体工作的重点，且节点的强度和破坏形态又直接影响着框架的性能。因此，本文首先分别对两榀有粘结和两榀部分无粘结预制梁柱连接节点进行了低周反复荷载下的试验研究，了解了这两种结构的受力变形性能、滞回特性、变形恢复能力、刚度退化情况以及节点核心区的抗剪能力等特性。为进一步了解预制预应力混凝土框架粱柱连接节点的受力性能，并验证理论计算方法的可靠性，为进行整体框架结构的设计及弹塑性分析做准备，本文接下来分别采用两种数值模拟的方法

4、(自编程序的衙化方法和采用二维弹塑性分析程序DRAIN-2DX的有限元法)，对两组试件粱端反对称竖向荷载下的受力过程进行了理论分析。与试验结果的对比表明，两种分析方法均能较为准确地模拟试件的力一位移关系骨架曲线，而采用DRAIN程序还可以得到整个加载过程中的滞回曲线。为便于设计应用，论文还根据粱柱连接截面的受力平衡条件，推导出梁柱连接截面开裂弯矩、线性极限弯矩以及屈服弯矩和极限弯矩值的简化计算公式．采用数值模拟的方法，对影响后张有粘结和部分无粘结预应力预制混凝土框架粱柱连接处受力性能的几个主要因索进行了参数分析，并且在参数分析的基础上，给出一些相关的设计建议，从而为确定

5、这两种结构形式的设计方法奠定了理论基础。在前述理论和试验研究的基础上，以基于性能抗震设计思想为理论出发点，选择基于弹塑性分析的方法作为本文结构的抗震设计方法，给出了后张有粘结和部分无粘结预应力预制混凝土框架结构的抗震设计过程，主要包括粱柱连接处的抗弯、抗剪设计，粱、柱构件的抗弯、抗剪设计，节点核心区的抗剪设计以及各构件的构造设计等。为验证所给出的设计方法的可行性和正确性，选择两榀分别代表了大跨重载工业建筑和中小跨度民用建筑的平面框架结构作为设计实例，采用弹塑性静力分析方法对两实例中四榀框架结罕遇地震下抗震性能进行了评估。分析表明，实例结构罕遇地震下最大层间位移角均满足规

6、范规定限值的要求，两榀部分无粘结结构只有柱根出现塑性铰，粱端预应力筋均未达到屈服强度；而两榀有粘结结构也只有柱根及部分粱端进入塑性状态，其余柱端则均保持弹性，因此最终均能达到所预期的破坏机制，满足设计目的的要求。摘要为了更为全面地研究后张预应力预制混凝土框架结构的抗震能力，了解其在强震下的反应和动力特性，论文的最后采用DRAIN-2DX程序，对所设计的四榀实例结构输入水平方向地震波进行了弹塑性时程分析，并对分析结果加以讨论和说明，评估结构抗震能力的同时，也进一步验证了设计方法的正确性。关键词z预制预应力混凝土框架抗震能力设计方法n东南大学博士学位论文ResearchOR

7、SeismicCalDacityandDesignProcedureofPost-TensionedPrecastCOlliclrleteFramePh．D．(2aJadldate：ClaongXmlSupervisor=．Prof．bleng$KiwplngPreeasteoncJttestractaralsystemshavetheCOllllnolladvantagesofK曲quality,fasterectiononsite，betterconstructionenvirolm∞咄andgoodcontrolofconcrete