论文题目: 钢纤维预应力混凝土扁梁框架抗震性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 结构工程
作者: 陈亚亮
导师: 郑建岚
关键词: 钢纤维,无粘结预应力,扁梁框架,抗震性能,恢复力模型
文献来源: 福州大学
发表年度: 2005
论文摘要: 为了获得良好的抗震性能,扁梁节点的构造复杂,最近的研究把钢纤维应用于扁梁节点以降低对密集箍筋的要求。目前对于扁梁结构的研究还局限于扁梁构件和节点,对扁梁框架抗震性能的研究还未见报道。本文首次对钢纤维预应力扁梁框架进行拟静力、拟动力试验和非线性分析,主要进行了以下几个方面的工作: 1、对不同掺量的钢纤维无粘结预应力混凝土扁梁框架进行水平低周反复荷载下的拟静力试验,研究钢纤维对无粘结预应力扁梁框架破坏形态、滞回特性、延性、耗能以及强度和刚度退化等的影响。试验结果表明,钢纤维不仅可以提高无粘结预应力混凝土扁梁框架的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载,改善其破坏形态,还可以有效提高其刚度、延性和耗能,从而提高结构的抗震性能。 2、对不同掺量的钢纤维预应力混凝土扁梁框架结构进行拟动力试验,研究结构在动力荷载作用下的地震反应,分析钢纤维对其动力性能的影响。试验结果表明,钢纤维扁梁框架结构屈服后,其最大位移反应和阻尼比均比普通混凝土扁梁框架要大,钢纤维可以降低预应力混凝土扁梁框架在剧烈地震运动作用下的结构损伤。在极限荷载前,钢纤维对无粘结预应力扁梁框架的刚度、自振频率和动力放大系数的变化影响不大。对地震损伤后扁梁框架的拟静力试验研究表明,地震损伤钢纤维预应力扁梁框架的破坏和滞回性能与无损伤构件相似,地震损伤会降低钢纤维对其抗震性能的有利作用。 3、采用ABAQUS软件对69个无粘结预应力混凝土扁梁框架试件进行非线性分析,研究钢纤维掺量、轴压比和预应力度对其受力性能的影响。计算结果表明,较大的轴压比可以提高结构极限承载力,但降低结构延性和耗能;较大的预应力度对极限承载力没有大的影响,但降低扁梁框架的延性和耗能。钢纤维可以提高预应力扁梁框架的极限承载力、延性和耗能,从而提高其抗震性能,钢纤维对构件的有利作用随轴压比地增大而降低。本章还讨论了钢筋应力、钢筋的粘结滑移和不平衡弯矩对横梁的影响,并结合有关文献的研究成果,对钢纤维无粘结预应力混凝土扁梁结构抗震设计计算和构造提出建议。 4、在上述研究的基础上,分析了无损伤和地震损伤的钢纤维预应力扁梁框架滞回曲线的主要特征,进而分别提出了适合于无损伤和地震损伤的钢纤维无粘结预应力扁梁框架结构的恢复力模型。恢复力模型的骨架曲线均为带软化阶段的三线性折线模型,卸载—再加载曲线分别采用三折线模型和双折线模型。本文还给出了该恢复力模型的数学表达式,可供结构非线性分析参考。
论文目录:
中文摘要
英文摘要
主要符号表
第一章 绪论
1．1 扁梁结构概述
1．2 相关课题的研究现状
1．2．1 普通扁梁结构研究
1．2．2 预应力扁梁结构研究
1．2．3 扁梁框架抗震设计初探
1．2．4 钢纤维预应力扁梁结构研究
1．3 结构的抗震设计概念
1．3．1 结构的基本特征
1．3．2 结构的基本反应
1．4 本课题研究的必要性
1．5 本课题的研究方法、思路和成果
第二章 钢纤维预应力混凝土扁梁框架拟静力试验研究
2．1 试验概况
2．1．1 试件设计
2．1．2 测点布置及量测
2．1．3 试验方案
2．2 试件破坏过程
2．3 特征荷载
2．4 延性和耗能
2．4．1 滞回曲线和骨架曲线
2．4．2 延性
2．4．3 耗能
2．5 刚度和承载力退化
2．5．1 刚度
2．5．2 承载力退化
2．6 梁端曲率
2．7 钢筋应力和混凝土应变
2．7．1 钢筋应力
2．7．2 混凝土应变
2．8 本章小结
第三章 钢纤维预应力混凝土扁梁框架拟动力试验研究
3．1 拟动力试验的基本方法及原理
3．1．1 拟动力试验基本原理
3．1．2 数值积分方法和误差控制
3．1．3 拟动力试验中地震波的选取
3．2 钢纤维预应力扁梁框架拟动力试验研究
3．2．1 试验概况
3．2．1．1 试件设计
3．2．1．2 参数选择
3．2．1．3 试件破坏过程
3．2．2 试验结果分析
3．2．2．1 地震反应的主要结果
3．2．2．2 结构刚度
3．2．2．3 阻尼比
3．2．2．4 动力放大系数
3．2．2．5 结构地震反应
3．2．2．6 滞回特性
3．3 地震损伤钢纤维预应力扁梁框架拟静力试验研究
3．3．1 试件破坏过程
3．3．2 滞回曲线和骨架曲线
3．3．3 耗能
3．3．4 刚度退化
3．4 本章小结
第四章 钢纤维预应力混凝土扁梁框架非线性分析
4．1 混凝土塑性损伤模型和钢纤维混凝土的基本力学性能
4．1．1 混凝土塑性损伤模型
4．1．1．1 塑性损伤本构关系
4．1．1．2 流动法则和屈服函数
4．1．2 钢纤维混凝土的基本力学性能
4．1．2．1 钢纤维混凝土的增强机理
4．1．2．2 钢纤维混凝土的基本力学性能
4．2 钢纤维预应力混凝土扁梁框架有限元模型
4．2．1 有限元模型
4．2．2 算法验证
4．3 钢纤维、轴压比和预应力度对扁梁框架力学性能的影响
4．3．1 轴压比对扁梁框架力学性能的影响
4．3．1．1 承载力
4．3．1．2 延性和耗能
4．3．2 钢纤维掺量对扁梁框架力学性能的影响
4．3．2．1 承载力
4．3．2．2 延性和耗能
4．3．2．3 不平衡弯矩对横梁的影响
4．3．2．4 钢筋的粘结与滑移
4．3．2．5 对节点处箍筋和预应力筋的影响
4．3．3 预应力度对扁梁框架力学性能的影响
4．3．3．1 承载力
4．3．3．2 延性和耗能
4．4 无粘结预应力扁梁框架结构抗震设计建议
4．4．1 扁梁布置及截面尺寸
4．4．2 扁梁结构内力计算
4．4．3 扁梁框架抗震设计
4．5 本章小结
第五章 钢纤维预应力混凝土扁梁框架P-△恢复力模型
5．1 预应力混凝土结构的恢复力模型
5．1．1 典型的恢复力模型
5．1．1．1 骨架曲线
5．1．1．2 滞回规律
5．1．2 恢复力模型的取得
5．1．3 典型钢筋混凝土结构恢复力模型
5．2 钢纤维预应力混凝土扁梁框架的P-△恢复力模型
5．2．1 无损伤钢纤维预应力混凝土扁梁框架的恢复力模型
5．2．1．1 无损伤钢纤维预应力扁梁框架恢复力模型的特点
5．2．1．2 骨架曲线
5．2．1．3 滞回规律
5．2．1．4 恢复力模型的数学描述
5．2．1．5 算例验证
5．2．2 地震损伤钢纤维预应力混凝土扁梁框架的恢复力模型
5．2．2．1 地震损伤钢纤维预应力扁梁框架恢复力模型的特点
5．2．2．2 骨架曲线和滞回规律
5．2．2．3 恢复力模型的数学描述
5．2．2．4 算例验证
5．2．3 钢纤维无粘结预应力混凝土受弯构件截面弯矩和曲率计算
5．2．3．1 基本假定
5．2．3．2 构件开裂时的弯矩和曲率
5．2．3．3 受拉纵筋屈服时的弯矩和曲率
5．2．3．4 截面达到极限状态时的弯矩和曲率
5．3 本章小结
结论与展望
参考文献
在学期间发表的学术论文
致谢
发布时间: 2005-10-10
参考文献
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