后张无粘结预应力装配式短肢剪力墙抗震能力及设计方法研究

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本文提出了两种新型后张无粘结预应力装配式短肢剪力墙:直接装配式短肢墙、混合装配式短肢墙。直接装配式短肢墙及混合装配式短肢墙分别运用了PRESSS(预制装配式抗震结构体系)的后张无阻尼及后张有阻尼干性连接的概念。对新型预应力装配式剪力墙的抗震能力及设计方法进行了较为系统的研究。 本论文的工作主要反映在以下几个方面: 1.回顾与后张无粘结预应力装配式短肢剪力墙结构相关的国内外研究成果。全面介绍了PRESSS(预制装配式抗震结构体系)研究计划的全过程。 2.使用二维非线性分析软件DRAIN-2DX建立了直接装配式短肢墙的连梁组合体的分析模型,并使用大型非线性有限元ABAOUS进行了验证。基于有限元及理论分析,建立了连梁组合体梁端弯矩与转角关系的三折线模型,三种极限状态分别为有效线性极限状态、预应力筋屈服极限状态、约束混凝土压碎极限状态。针对连梁特性、预应力度等设计参数分析后,给出了实现直接装配式短肢墙的连梁组合体高延性低超强的设计建议。在DRAIN-2DX简单连接单元(04单元)的基础上,开发了用于模拟直接装配式短肢墙的连梁组合体的梁端弯矩与转角关系的新12号单元。 3.通过引入梁的整体变形协调概念,建立了采用混合装配式短肢墙的连梁组合体中连梁弯矩转角的单向加载全过程分析方法。使用预应力筋部分模型(04单元)与普通钢筋部分模型(05单元)相叠加的方法,建立了后张有阻尼干性连接的滞回规则。05号单元为笔者新开发的单元,可以用于模拟Q规则滞回规则。通过对连梁特性、预应力度等设计参数分析后,给出了实现混合装配式短肢墙的连梁组合体高延性的设计建议。 4.提出了后张无粘结预应力装配式短肢剪力墙的设计模型并确定新型剪力墙的设计方法。利用非线性有限元软件DRAIN-2DX中的纤维单元、梁柱单元、连接单元及自编的05、12单元建立了后张无粘结预应力装配式短肢剪力墙的非线性有限元模型,验证了新型剪力墙的自恢复能力。 5.进行了后张无粘结装配式短肢墙的静力弹塑性分析。利用DRAIN-2DX建立的后张无粘结预应力装配式短肢剪力墙的非线性有限元模型及能力谱法评估了新型剪力墙抗侧能力。研究了预应力度、连梁特性及墙肢特性等设计参数对后张无粘结预应力装配式短肢剪力墙抗侧性能的影响。分析结果表明增加肢长、预应力筋面积不仅可以大幅提高后张无粘结装配式短肢墙刚度及承载力,同时可以有效的降低顶点目标位移及其所对应的薄弱层的层间位移角。因此合理选择设计参数可以有效的改善结构的抗侧能力。合理设计的后张无粘结预应力装配式短肢剪力墙,在罕遇地震作用下,墙肢底部只出现少量损伤,而连梁因采用干性连接,震后也较易进行修复。 6.进行了两榀8层1/7缩尺的对称双肢预应力装配式短肢剪力墙的拟静力实验。两榀试件分别用来研究直接装配式短肢墙及混合装配式短肢墙的抗侧性能。试验表明,经合理设计的后张无粘结预应力装配式短肢剪力墙,具有良好的“自恢复”能力。试验结果同时也验证了DRAIN-2DX建立的后张无粘结预应力装配式短肢剪力墙的非线性有限元模型的准确性。 7.介绍了基于位移抗震设计方法的分类,指出了按位移在设计过程中所起作用所分三类方法(基于变形计算的方法、基于迭代变形的计算的方法、直接基于位移的方法)的各自特点,并重点讨论了其中最新的直接基于位移抗震设计理论。通过合理的假定,推导了后张无粘结预应力装配式短肢剪力墙的直接基于位移抗震设计方法。
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