新型铅阻尼器与预应力装配式框架节点抗震性能研究

论文摘要

预应力装配式混凝土框架结构集预应力混凝土结构与装配式混凝土结构的优点于一体,具有生产效率高、产品质量好、对环境影响小、有利于可持续发展等优点,是一种符合建筑结构未来发展方向的结构体系。本文在分析国内外相关方面研究的基础上,针对此结构体系耗能较低、地震反应较大的弱点,研发了一种新型耗能减震装置,进行了此耗能装置与安装此耗能装置的无粘结预应力装配混凝土框架节点抗震性能的理论分析和试验研究,主要内容概括如下:(1)发明了新型铅阻尼器。在充分分析已有阻尼器相关技术性能及适用范围的基础上,发明了耗能效率高、性能稳定、耐久性好、占用空间小、有放大位移及转角功能的新型转动式铅剪切阻尼器。(2)新型转动式铅阻尼器的理论分析及试验研究。采用有限元理论和周期性动力试验的方法,分析和研究了诸如铅块长宽高、荷载幅值、加载频率等对此阻尼器耗能性能的影响及其整体工作性能。研究结果表明,在一定的铅块长度和宽度范围内,阻尼器的阻尼力基本上随铅块长度和宽度的增大而线性增加,而铅块高度对阻尼力的影响则相对较小,但随铅块高度的增大,阻尼器的初始刚度有所降低;加载位移幅值较小时,阻尼器就进入塑性阶段工作,开始耗散能量;中低加载频率对阻尼器虚拟的影响较小,可以忽略。总之,该阻尼器滞回环较为丰满,基本呈矩形或平行四边形,工作性能稳定,可以实现在结构小位移情况下产生较大耗能能力的目标,且加工工艺简单、耐久性好、体积较小。(3)安装阻尼器与未安装阻尼器预应力装配混凝土框架节点的数值模拟和试验对比研究。采用数值模拟和低周反复荷载试验方法,研究和分析不同预应力度、预应力筋位置、梁端配筋形式、阻尼器阻尼力等条件下预应力装配混凝土框架节点的破坏机理和抗震性能。分析和试验结果表明,安装阻尼器后,节点的耗能能力得到很大提高,承载能力也得到了一定程度的增强,且未对节点的延性产生明显影响;构件的破坏模式依然保持梁铰破坏模式,混凝土的损伤和破坏仍然发生在梁端局部,是结构在强地震作用下,受力最佳、损失最小且有利于震后修复的一种破坏模式。总之,新型转动式铅阻尼器能够非常有效地提高预应力装配混凝土框架结构抗震能力,具有良好的工程应用价值。(4)杆式铅剪切阻尼器及其耗能减震分析。针对现有耗能装置一般都占用一定使用空间、影响空间布局的弊端,提出一种不占用使用空间、在结构内部安放并与结构形成一体且无需检修的耗能装置。有限元数值模拟结果表明,该耗能装置能够明显地提高钢筋混凝土框架节点和框架结构的耗能能力,具有潜在的工程应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 论文选题的背景及意义
• 1.2.1 结构减震控制概述
• 1.2.2 预应力混凝土结构概述
• 1.2.3 本课题研究的意义
• 1.3 国内、外相关领域的研究现状
• 1.3.1 结构耗能减震控制的研究现状
• 1.3.2 装配式预应力混凝土结构的研究现状
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 新型转动式铅剪切阻尼器的分析及其数值模拟
• 2.1 前言
• 2.2 新型转动式铅剪切阻尼器的设计
• 2.2.1 位移或转角放大功能的实现
• 2.2.2 耗能材料的选取
• 2.3 新型转动式铅剪切阻尼器的简化分析方法
• 2.3.1 铅剪切阻尼器的变形特点
• 2.3.2 极限屈服力的计算
• 2.4 新型转动式铅剪切阻尼器的数值模拟分析
• 2.4.1 有限元分析要点
• 2.4.2 有限元分析结果
• 2.5 本章小结
• 第3章 新型转动式铅剪切阻尼器的试验研究
• 3.1 前言
• 3.2 试验概况
• 3.2.1 试件设计制作
• 3.2.2 试验设备及加载方案
• 3.3 试验结果及分析
• 3.4 试验结果与理论计算的对比分析
• 3.5 新型转动式铅剪切阻尼器的恢复力模型
• 3.6 本章小结
• 第4章 预应力装配框架节点抗震性能的数值模拟分析
• 4.1 前言
• 4.2 材料本构关系
• 4.2.1 混凝土受压的应力-应变本构关系
• 4.2.2 混凝土受拉的应力-应变本构关系
• 4.2.3 钢筋的应力-应变关系
• 4.3 有限元分析模型建立
• 4.3.1 混凝土损伤塑性分析模型
• 4.3.2 单元确定
• 4.3.3 分析过程要点
• 4.4 有限元分析结果
• 4.4.1 滞回曲线
• 4.4.2 应力应变状态
• 4.5 本章小结
• 第5章 预应力装配框架节点抗震性能的试验研究
• 5.1 前言
• 5.2 试件设计
• 5.2.1 试件设计要点
• 5.2.2 试件施工要点
• 5.3 材料力学性能
• 5.3.1 混凝土的力学性能
• 5.3.2 钢筋的力学性能
• 5.4 试验加载及量测设计
• 5.4.1 加载设计
• 5.4.2 量测设计
• 5.5 试验现象、结果及分析
• 5.5.1 试验现象
• 5.5.2 滞回性能
• 5.5.3 内力分析
• 5.6 有限元计算与试验结果的对比分析
• 5.6.1 无阻尼器的计算结果对比
• 5.6.2 安装阻尼器的计算结果对比
• 5.7 本章小结
• 第6章 杆式铅剪切阻尼器及其耗能减震分析
• 6.1 前言
• 6.2 耗能器的设计思路
• 6.3 框架节点的耗能减震分析
• 6.3.1 模型建立
• 6.3.2 影响参数分析
• 6.4 钢筋混凝土框架结构减震耗能的效果分析
• 6.4.1 模型建立
• 6.4.2 算例分析
• 6.5 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢