无粘结预应力装配混凝土节点抗震及震损加固性能研究

论文摘要

无粘结预应力装配混凝土结构的特点是利用高强预应力钢筋施加预应力,把预制混凝土梁、柱等构件在现场装配起来,其中梁是单开间构件,柱可以是单层也可以是连续通过2—3层的构件。这种结构把预应力混凝土结构和装配混凝土结构有机的结合起来,它同时具有预应力结构和装配结构的特点。本文在国内外研究的基础上,针对无粘结预应力装配混凝土节点抗震性能及其震损加固性能展开了试验研究和理论分析,内容概括如下:1.预应力直接装配和混合装配节点连接方式的确定。通过对比分析现有连接,确定了本文所采用的两种节点连接方式——直接装配和混合装配节点。阐述了节点连接的工作机理、构造特点、设计注意事项及施工方法。2.两种预应力装配节点抗震性能研究。通过低周反复加载试验,对1个现浇节点试件、4个无粘结预应力直接装配节点和3个混合装配节点试件进行了抗震性能研究。分析了预应力直接装配和混合装配节点试件的破坏模式、滞回曲线、骨架曲线、位移延性、能量消耗、预应力筋应力变化和节点缝隙变形等各项抗震性能。得出了两种无粘结预应力装配节点的破坏模式,确定了节点的抗震性能。3.两种无粘结预应力装配节点震损加固后性能研究。对前述1个现浇节点、4个预应力直接装配节点和3个预应力混合装配节点进行震损加固,之后对其进行低周反复加载试验研究。分析了加固后节点的破坏形式、恢复力曲线、能量消耗、预应力筋应力变化、节点缝隙变形等性能和加固材料与试件协同工作情况,确定了震损加固后节点的抗震性能。4.对两种无粘结预应力装配节点进行非线性性能分析,得出了理想三线性弯矩曲率模型、简化双线性模型和预应力筋应力增量理论计算公式。利用计算机编程,进行了弯矩转角关系曲线的绘制。利用有限元方法分析了节点的非线性性能。5.对预应力装配框架进行了静力非线性分析和基于性能抗震设计评估。利用Pushover静力非线性分析方法,分析了普通混凝土框架结构和预应力装配框架结构的变形和破坏机制,利用Pushover分析结果,对预应力装配结构进行基于性能的抗震设计评估。6.对无凝结预应力装配混凝土框架结构提出设计建议,利用本文提出的截面弯矩计算公式、预应力筋应力增量计算公式,建立了预应力装配结构中梁、柱交界面处梁端截面的承载力计算公式,并且用试验数据验证了公式的有效性,最后对预应力装配式混凝土框架结构的构造要求提出了设计建议。文中研究的无粘结预应力装配节点及其整体结构具有优良的抗震性能,并且其震后损伤程度轻,震后残余抗震能力能够满足抗震设计要求。这种结构可以广泛的用于我国抗震地区,有着广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 课题的选题背景
• 1.2.1 装配结构的优点
• 1.2.2 国外预应力装配结构的发展
• 1.2.3 我国预应力装配结构的发展现状
• 1.2.4 预应力混凝土的最新研究动态
• 1.3 震损结构加固后抗震性能及震后残余抗震能力研究现状
• 1.3.1 抗震加固技术
• 1.3.2 震损结构加固后抗震性能及残余抗震能力研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 无粘结预应力装配混凝土节点抗震性能试验研究——直接装配和混合装配节点
• 2.1 试件设计
• 2.1.1 试件设计概要
• 2.1.2 试件施工
• 2.2 材料力学性能
• 2.2.1 混凝土的力学性能
• 2.2.2 钢筋的力学性能
• 2.3 试验加载方案及测点布置
• 2.3.1 试验装置
• 2.3.2 加载方式
• 2.3.3 测量内容及测点布置
• 2.4 试验结果及分析
• 2.4.1 预应力直接装配试件
• 2.4.1.1 破坏模式
• 2.4.1.2 滞回曲线
• 2.4.1.3 骨架曲线
• 2.4.1.4 位移延性系数
• 2.4.1.5 等效粘滞阻尼系数
• 2.4.1.6 预应力筋的应力变化
• 2.4.1.7 节点缝隙的变化
• 2.4.2 预应力混合装配试件
• 2.4.2.1 混合装配试件的破坏模式
• 2.4.2.2 混合装配试件的滞回曲线与骨架曲线
• 2.4.2.3 混合装配试件的位移延性系数
• 2.4.2.4 混合装配预应力试件的等效粘滞阻尼系数
• 2.4.2.5 混合装配试件中钢筋应变
• 2.4.2.6 混合装配试件预应力筋的变化
• 2.4.2.7 混合装配试件节点缝隙的变化
• 2.5 本章小结
• 第3章 无粘结预应力装配混凝土节点震损加固后试验研究
• 3.1 震损结构加固设计思想及方法
• 3.1.1 震损结构加固设计思想
• 3.1.2 震损结构加固方法
• 3.1.3 本章主要研究内容
• 3.2 震损加固试件设计
• 3.2.1 试件设计概况
• 3.2.2 试件设计与施工
• 3.3 震损加固材料力学性能
• 3.4 震损加固试验过程
• 3.4.1 试验装置
• 3.4.2 加载方案
• 3.4.3 量测内容及测点布置
• 3.5 震损加固试验结果与分析
• 3.5.1 加固试件破坏过程及破坏形态
• 3.5.2 加固试件滞回特性
• 3.5.3 加固试件骨架曲线
• 3.5.4 加固试件等效粘滞阻尼系数
• 3.5.5 加固试件预应力筋的应力变化
• 3.5.6 加固试件节点缝隙
• 3.5.7 加固材料与试件协同工作情况
• 3.6 本章小结
• 第4章 无粘结预应力装配混凝土节点非线性分析
• 4.1 ADINA有限元模型的建立
• 4.1.1 ADINA 软件简介
• 4.1.2 几何模型的建立
• 4.1.3 定义模型物理条件
• 4.1.4 定义单元类型
• 4.1.5 定义单元划分
• 4.1.6 施加荷载
• 4.2 求解设置
• 4.3 有限元分析结果
• 4.3.1 应力分布状态
• 4.3.2 裂缝及变形状态
• 4.3.3 骨架曲线
• 4.4 预应力装配节点梁截面弯矩——曲率分析
• 4.4.1 分析假设
• 4.4.2 非线性弯矩曲率的计算
• 4.5 理想三线性弯矩——曲率模型的建立
• 4.6 预应力筋应力增量的理论计算
• 4.7 本章小节
• 第5章 无粘结预应力装配混凝土框架推覆分析与基于性能抗震设计
• 5.1 概述
• 5.2 Pushover推覆分析的主要内容
• 5.3 基于性能抗震设计的三种方法——Pushover 分析的具体实 施办法
• 5.4 预应力装配混凝土框架Pushover分析
• 5.4.1 Pushover分析步骤
• 5.4.2 预应力装配混凝土框架Pushover分析结果
• 5.5 本章小结
• 第6章 无粘结预应力装配混凝土框架结构设计建议
• 6.1 直接装配无粘结预应力混凝土框架结构
• 6.1.1 一般规定
• 6.1.2 计算要点
• 6.2 混合装配无粘结预应力混凝土框架结构
• 6.2.1 一般规定
• 6.2.2 计算要点
• 6.3 构造要求
• 6.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢