浅谈新型预应力装配整体式混凝土框架设计与施工研究

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1、东南大学博士学位论文新型预应力装配整体式混凝土框架设计与施工研究姓名：陈申一申请学位级别：博士专业：结构工程指导教师：郭正兴20070501中文摘要新型预应力装配整体式混凝土框架设计与施工研究摘要本文所研究的新型预应力粱柱连接形式一非对称混合连接(简称UNSH连接)主要应用于装配式混凝土框架结构，一方面采用后张有粘结预应力将预制梁、柱拼装在一起，另一方面在粱叠合层现浇混凝土内设置连续普通钢筋。预应力筋在设防烈度地震作用下保持弹性．结构塑性变形主要产生在粱柱接缝。后张誊线预应力筋既起连接预制构件的作用，又承受粱端弯矩，还能在结构变形时产生恢复力；

2、而普通钢筋除了提供梁截面抗弯以外，还在地震作用下通过反复拉压屈服耗散能量。UNSH体系施工方便快捷，抗震性能理想，有利于实现梁铰耗能机制，结构恢复性能优越，残余变形小。地震作用下节点核心区破坏极小，损伤主要集中于粱柱连接，易于评估和维修。本文在总结分析已有研究成采的基础上，对UNSH连接的设计方法，抗震性能以及UNSH体系建筑的施工等进行了研究，主要内容如下：本文采用数值模拟的方法对UNSH连接正向加载和反向加载下的变形进行了理论分析，并建立相应的迭代计算程序。UNSH连接的变形集中于梁柱接缝，预应力筋在接缝附近存在粘结滑移，加上普通钢筋部分无

3、粘结。计算接触面应变不适用平截面假定，本文给出了计算梁端受压区混凝土应变的两种方法。经与节点试验结果的对比，变形迭代计算程序可以较为准确的模拟UNSH连接在荷载作用F的弯矩一转角曲线，且收敛速度很快，有较强的实用性。参照我国现行规范，给出了uNSH连接抗裂、抗弯承载力的计算公式以及梁、柱构件本身承载力的设计要求。参考美国ACl318规范的有关条文，对粱柱接触面摩擦抗剪机理进行研究并给出相关公式，研究表明，只要UNSH体系框架满足一定的跨高比要求，依靠接触面压力摩擦就能满足抗剪要求。对UNSH体系的节点受力机理、失效方式进行研究，并推导出节点水平

4、剪力的计算方法以及节点抗剪承载力和抗裂承载力的计算公式。UNSH体系中梁柱连接失效早于节点核心区，节点区域即使在强震作用下破坏也很小，梁端“塑性铰区”的延性和耗能性能能够得到充分发挥。抗震性能优越。笔者将UNSH连接与异形柱框架结构相结合，进行了一榀现浇钢筋混凝土异形柱框架边节点和两榀非对称混合连接体系异形柱框架边节点的低周反复加载试验。试验过程中节点核心区始终保持弹性，连接受力性能受柱的影响较小，试验中所得到的大部分结论同样适用于UNSH体系普通框架。UNSH连接具有较强的变形能力，破坏主要集中于梁柱接触面附近，梁、柱构件本身及节点核心区的破

5、坏都很轻微，只有少量裂缝，卸载后裂缝闭合，与现浇试件节点核心区及塑性铰区域破坏严重的情况形成鲜明对比。UNSH连接粱柱之间采用平接，不设置牛腿，试验过群中接触面没有发生剪切滑移，仅依靠平接面摩擦力就完全能满足抗剪要求。设计良好的ONSH连接完全能达到现浇结构的承载能力，且延性和变形能力更优，残余变形更小。在UNSH连接中配置耗能钢筋改善了节点的受力性能，提高延性，增强耗能能力，尽管UNSH连接单循环的耗能低于现浇结构，但总耗能要超过现浇结构。从试验结果可以看出，将UNSH连接与异形柱框架相结合能有效弥补异形柱框架节点较为薄弱的缺陷。笔者在对UN

6、SH体系“少筋”连接正截面受弯性能研究的基础上，简化出弯矩一转角三折线模型用于结构设计平

7、J抗震设计。通过对若干主要设计参数的计算分析对比，得出UNSH连接受力的一般规律：预应力筋和混凝土的初始应力不宜过高：预应力筋偏心率不宜过大：适度增加梁高度，降低混凝土强度或酱通钢筋用量能提高延性；为了提高受约束混凝东南大学博士学位论文土强度和极限压应变，提高UNsH连接破坏时的转动能力和延性，必须加强对梁端混凝土的约束。在以上研究成果的基础上，提出了uNSH体系的基本设计方法和原则。本文还研究了UNsH体系中由于粱柱接触面相对转动导致的梁轴线伸长对结构性

8、能的影响，并建立矩阵运算方法求解考虑梁伸长时的框架响应。UNSH体系是一种预制化程度很高的装配结构，如果将结构设计与工厂生产、现场施工紧密结合，能有效加快现场施工进度，降低工程造价。本文在总结国内外预制装配结构设计、施工理论方法的基础上，对UNsH体系从多方面提出若干合理化建议，并研究其具有自身特色的施工方法，施工步骤，建立施工阶段荷载验算方法。关键词：预应力装配；延性连接；非对称混合连接：边节点；低周反复加载；结构设计；施工Il荚文摘要ResearchOnDesignandConstructionofNew-stylePost．tension

9、edAssembledMonolithicconcreteFramesAbstractnlenew-stylepost-tensionedbeam-c