【摘 要】
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目前,我国建筑行业正处于转型升级的关键阶段,装配式建筑作为我国传统建筑业转型升级的载体正被大力推广,发展装配式建筑不仅是一种建造方式的变革,也是一种社会生产力的进步,更是一种社会形态的演进。但在我国,由于传统装配式建筑存在整体性、抗震性能较差等缺陷,导致装配式建筑的发展在一定时期受到阻碍。纵观国外装配式建筑的发展,装配式建筑在欧美、日本等发达国家均已得到了广泛的应用,且表现出较好的整体性和抗震性能
【基金项目】
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河北省地方科技项目—新型抗震装配式体系,基金号:2011188
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目前,我国建筑行业正处于转型升级的关键阶段,装配式建筑作为我国传统建筑业转型升级的载体正被大力推广,发展装配式建筑不仅是一种建造方式的变革,也是一种社会生产力的进步,更是一种社会形态的演进。但在我国,由于传统装配式建筑存在整体性、抗震性能较差等缺陷,导致装配式建筑的发展在一定时期受到阻碍。纵观国外装配式建筑的发展,装配式建筑在欧美、日本等发达国家均已得到了广泛的应用,且表现出较好的整体性和抗震性能。所以为使装配式建筑在我国能有进一步的应用和发展,应结合现有装配式建筑的研究技术、我国现有的国情和经济状况,对传统装配式建筑存在的弊端进行技术的革新改进。鉴于此,本文从装配式混凝土框架结构体系的研究入手,将应用在钢结构与组合结构中的螺栓-端板连接延伸至钢筋混凝土结构中,形成一种穿芯高强螺栓-端板连接的框架结构形式,并以8个穿芯高强螺栓-端板连接混凝土梁柱组合件为研究对象进行拟静力试验。本文主要内容和研究成果如下:(1)完成了8个穿芯高强螺栓-端板连接混凝土梁柱组合件的拟静力试验,定性地了解试件的裂缝分布与发展情况及破坏形态,定量地分析了滞回曲线、骨架曲线、位移延性、强度退化、刚度退化及耗能能力等。结果表明,所有试件均发生了梁端塑性铰破坏,表明该连接形式可以达到“强节点”的设计目的。试件在最终破坏时,均出现了非预应力筋被拉断,且非预应力筋与端板采用的墩头焊接形式均未发生断裂开焊现象,其能够满足钢筋传力的要求。从抗震性能指标来看,该组合件表现出较好的变形能力和耗能能力。(2)对影响穿芯高强螺栓-端板连接节点核心区的抗剪承载力因素进行分析,根据斜压杆机制考虑核心混凝土的抗剪作用,根据Kupfer-Gerstle屈服准则,考虑螺栓预紧力和柱轴向力对核心混凝土强度的提高,根据第四强度理论,可求得钢板箍自身的抗剪作用。最后提出了该类节点的节点核心区抗剪承载力计算公式,结合相关文献的试验数据,将理论公式计算值与试验值进行对比分析,结果表明,计算值与理论值吻合较好。(3)基于变角桁架-拱模型,并考虑各种状况下桁架-拱模型的表现形式,提出了在各种情况下无粘结预应力高强螺旋箍筋约束混凝土梁的斜截面抗剪承载力公式。根据无粘结预应力混凝土梁的受力特点及相关基本假定,对无粘结预应力混凝土梁正截面抗弯承载力进行分析,提出了在不同配筋破坏情况下的抗弯承载力公式。结合相关文献的试验数据,将理论公式计算值与试验值进行对比,结果表明,本文公式计算结果与试验值吻合。(4)根据非预应力筋与端板焊接墩头自身的受力特点,推导出了焊接墩头的外径计算公式。根据穿芯高强螺栓不同的破坏形式,给出了高强螺栓相应的抗剪承载力公式。基于穿芯高强螺栓-端板的受力特点,将端板简化为简支梁模型,根据平衡条件可求得端板所受最大弯矩,进而可确定端板的厚度。通过对穿芯高强螺栓-端板节点受力机理的研究,可确定节点内作用的水平剪力的计算公式,当保证不发生节点核心区剪切破坏时,可确定钢板箍的截面面积。(5)在钢筋混凝土的研究成果基础上,给出了无粘结预应力混凝土梁、高强螺旋箍筋约束混凝土柱的骨架曲线模型,并确定了各个关键点的计算方法。通过试验数据拟合回归的方法,提出了穿芯高强螺栓-端板连接组合件的恢复力模型。另外给出了针对纯剪切层模型和弯剪模型骨架曲线特征值的确定方法。(6)根据穿芯高强螺栓-端板框架结构自身的破坏特点,并考虑构件端部塑性铰状态,建立穿芯高强螺栓-端板框架结构的性能水平,并给出穿芯高强螺栓-端板框架结构在各性能水平下的指标量化值。最后基于修正的Park-Ang双参数模型,提出了基于位移和损伤性能的抗震设计方法。
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