预应力装配式建筑结构抗震分析方法研究

摘要

建造工业化与抗灾可恢复是结构工程发展的目标与趋势。预应力装配式设计与施工是实现这个目标的有效途径。目前，国内外针对预应力装配式结构的研究主要集中在构件层面，鲜见针对结构体系抗震性能的研究。
　　本文以预应力装配节点为研究对象，在节点中部采用无粘结高强预应力筋，上下位置布置耗能钢筋，用以平衡结构损伤控制与耗能能力之间关系。本文聚焦该形式的预应力装配式结构的整体抗震性能，据此开展以下工作:
　　(1)首先，总结提出了预应力装配节点的建模方法。基于OpenSEES平台，采用Truss单元对预应力筋建模;为模拟梁柱界面开裂行为，将交界面梁端区域设置为只承压的区域，并确定了该区域长度的合理取值范围;通过与试验模型的滞回曲线进行对比，验证了本文提出的节点建模方法的可靠性。
　　(2)其次，探索提出了预应力装配式结构的设计原则。为对比预应力装配式结构与现浇结构的抗震性能，本文提出了梁柱截面具有相同截面尺寸及极限弯矩的原则，给出了不同预应力度下的预应力钢筋与耗能钢筋面积的计算方法。并依据我国现行规范按Ⅷ度烈度设防，分别设计了一榀四层现浇混凝土框架和预应力装配式框架。
　　(3)最后，通过非线性分析对比研究了预应力装配框架与现浇框架的抗震性能以及耗能钢筋配筋率的影响。通过Pushover分析对比了等同截面抗弯性能的两种结构的顶点位移与基地剪力关系曲线，研究表明在较小变形下，两者的曲线基本重合，随着顶点位移增加，预应力装配式结构的抗力低于现浇结构。通过非线性时程分析发现，相同截面极限弯矩的两种结构，大震下结构最大u向应基本相同，但预应力装配式结构的残余变形远小于现浇结构，增加耗能钢筋面积对预应力装配式结构的性能影响不大。
　　总之，通过对比研究表明预应力装配式结构的整体抗震性能与现浇结构基本相同，但残余变形远远小于现浇结构，可实现灾后功能的快速恢复。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 选题背景

1．2．1 预应力装配式结构应用状况

1．2．2 预应力装配式结构的分类

1．2．3 预应力装配式结构的特点

1．2．4 国内外预应力装配式混凝土结构研究现状

1．3 研究意义

1．4 研究目的、方法及内容

2 预应力装配式节点建模方法

2．1 OpenSEES程序简介

2．2 有限元模型的建立

2．2．1 材料对象

2．2．2 截面对象

2．2．3 单元对象

2．2．4 非线性分析

2．2．5 分析结果输出控制

2．3 模型验证

2．3．1 试验资料

2．3．2 模型参数确定

2．3．3 节点分析模型

2．3．4 节点数值模拟结果

2．4 本章小节

3 基于Pushover的预应力装配式框架抗震性能评价

3．1 一榀四层现浇框架结构设计

3．1．1 结构概况

3．1．2 荷载信息

3．1．3 结构配筋

3．2 一榀四层预应力装配式框架结构设计

3．3 Pushover分析理论

3．3．1 Pushover分析基本理论

3．3．2 侧向力分布模式选取

3．3．3 抗震性能评价

3．4 Pushover分析

3．4．1 框架分析模型的建立

3．4．2 模型参数的确定

3．4．3 Pushover分析结果

3．5 本章小结

4 基于时程分析的预应力装配式框架抗震性能评价

4．1 地震波的选择

4．2 各层最大侧移与最大层间位移角

4．3 一、二层位移反应时程

4．4 钢筋应力应变关系

4．5 预应力筋应力应变关系

4．6 本章小结

结论

参考文献

致谢