预应力度对无粘结部分预应力混凝土柱复位性能的影响研究

论文摘要

地震是地球上发生最多的自然灾害之一,常常给人们带来难以平复的灾难和伤痛,震后结构的可修复性就成为当下亟待研究的课题。而残余变形的大小又是工程结构可修复性的关键,也是结构或构件具有良好复位能力的基础,因此残余变形是衡量工程结构震后能否继续满足使用要求和可修复性的一个重要指标。如何有效控制钢筋混凝土(Reinforce Concrete,简称RC)结构震后的残余变形,建造具有良好复位功能的RC结构,是一个有待深入研究的课题。而实际震害表明,RC结构的残余变形主要由其竖向承重构件——钢筋混凝土柱的残余变形所致。因而钢筋混凝土柱残余变形及其控制的研究,是研究具有良好复位性能的RC结构的关键和基础。地震作用下,RC柱承受轴力、弯矩和剪力的共同作用,处于复杂受力状态,现行规范和设计方法可保障其在地震作用时的承载力和变形能力,但未考虑其震后的残余变形。针对这一现状,综合现有的研究成果,本文研究了预应力度对无粘结部分预应力混凝土柱复位能力的影响。论文的主要工作如下:(1)在相同轴压比条件下,进行了三个无粘结预应力混凝土柱试件的静力往复水平加载试验,得到了无粘结预应力混凝土柱的残余变形、复位能力、承载力、延性和滞回性能等,并对其进行系统分析。(2)利用数据拟合的方式,分析了在各个不同的控制位移作用下,不同预应力度对无粘结部分预应力混凝土柱复位能力的影响,分别建立了复位能力系数与位移、预应力度的拟合曲线,得到了复位能力相对于位移和预应力度的演化模型。(3)基于有限元软件ANSYS,对无粘结预应力混凝土柱进行非线性的受力分析,因所采用的混凝土本构和钢筋本构考虑因素全面,所以骨架曲线的计算结果与本文试验结果吻合较好。(4)介绍了结构及构件复位性能的基本概念,阐述了对应于不同的力—变形关系的复位能力评价指标,并建立了各种不同复位能力系数之间的换算关系,得到了不同复位能力系数之间的计算基础为位移型复位能力系数,换算的关键为屈服曲率和等效塑性铰长度的计算。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 论文研究的意义
• 1.2 无粘结部分预应力混凝土的特点和研究概况
• 1.2.1 无粘结部分预应力混凝土的特点
• 1.2.2 无粘结部分预应力混凝土的研究概况
• 1.3 钢筋混凝土框架柱复位性能的研究概况
• 1.3.1 钢筋混凝土柱复位性能的相关研究
• 1.3.2 无粘结部分预应力混凝土柱复位性能的研究
• 1.3.3 预应力度对预应力混凝土柱复位性能的影响研究
• 1.3.4 现有研究的主要结论和问题
• 1.4 本文的研究内容及方法
• 1.4.1 研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 2 无粘结部分预应力混凝土柱的试验方案
• 2.1 试件概况
• 2.1.1 试件的形式及设计
• 2.1.2 材料力学性能
• 2.1.3 试件制作
• 2.2 试验方法和加载制度
• 2.2.1 试验方法
• 2.2.2 加载装置与加载制度
• 2.2.3 屈服和破坏的确定
• 2.3 量测内容及量测方法
• 2.3.1 量测内容
• 2.3.2 量测方法
• 2.4 试验过程
• 2.5 试验现象及破坏形态
• 2.5.1 试件UPCD-1
• 2.5.2 试件UPCD-2
• 2.5.3 试件UPCD-3
• 2.6 本章小结
• 3 试验结果与分析
• 3.1 荷载-位移滞回曲线和骨架曲线
• 3.1.1 荷载-位移滞回曲线
• 3.1.2 骨架曲线
• 3.2 承载力、刚度、延性和耗能能力分析
• 3.2.1 耗能能力
• 3.2.2 延性
• 3.2.3 承载力和刚度退化
• 3.3 预应力钢筋应力增量和普通钢筋的应变
• 3.3.1 预应力钢筋应力增量
• 3.3.2 普通钢筋的应变
• 3.4 复位能力
• 3.5 复位能力的拟合模型
• 3.5.1 复位能力系数与控制位移的关系模拟
• 3.5.2 复位能力系数与预应力度的关系模拟
• 3.6 本章结论
• 3.7 本章小结
• 4 无粘结部分预应力混凝土柱的有限元分析
• 4.1 非线性有限元分析的目的
• 4.2 有限元建模
• 4.2.1 有限元单元的选取
• 4.2.2 本模型所采用的本构关系
• 4.2.3 有限元建模过程
• 4.3 有限元结果与试验结果比较
• 4.4 本章结论
• 4.5 本章小结
• 5 无粘结部分预应力混凝土柱的复位性能
• 5.1 复位能力系数的分析
• 5.1.1 位移型复位能力系数
• 5.1.2 曲率型型复位能力系数
• 5.1.3 位移角型复位能力系数
• 5.2 无粘结部分预应力混凝土柱的复位能力系数
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 主要研究内容和结论
• 6.2 本文主要创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 硕士期间发表的论文及参与的科研项目
• 致谢