大跨混合连接节点装配式框架裂缝控制及自复位性能研究

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混合连接节点作为一种抗震性能良好的预制装配式节点,具有自复位能力强、耗能能力良好等优点。当前国内外学者主要针对普通跨度的混合连接节点开展研究,而在现代城镇建设中,大跨度预制框架结构逐渐表现出重大需求。因此,课题组基于自复位和裂缝双控制的预应力设计新原则,将混合连接节点推广于大跨度领域中,提出新型大跨预应力混合连接节点装配式框架,为大跨度预应力装配式结构的发展及推广应用奠定一定的基础。本文以新型大跨预应力混合连接节点装配式框架为研究对象,基于裂缝与自复位双控制的预应力设计新原则,分析了影响其裂缝控制与自复位性能的主要因素,包括预应力筋抗弯承载力比φdes、初始有效预应力σpe以及结合面处预应力筋偏心距ep,通过改变影响因素取值设计了一系列大跨混合连接节点框架算例。采用名义拉应力法计算裂缝宽度,并提出关键影响因素取值原则;采用ABAQUS有限元分析软件进行大跨混合连接节点的循环加载模拟,研究其自复位性能的变化规律;进行大跨混合连接节点框架与现浇预应力框架的非线性时程分析,重点研究大跨混合连接节点框架的自复位性能,并对比两种不同结构形式大跨框架的抗震性能。本文研究得到的主要结论概括如下:①相比于普通跨度混合连接节点框架,大跨混合连接节点框架的跨高比显著提高,在相同的层间位移角下,其预应力筋应力增量明显更小。基于裂缝与自复位双控制的预应力设计新原则,在保持良好自复位能力的前提下,可以合理提高初始有效预应力σpe,裂缝控制能力显著提高。②基于裂缝与自复位双控制的预应力设计新原则,建立了大跨混合连接节点框架结合面的设计方法。根据承载力计算预应力筋及耗能钢筋面积,为降低预应力筋面积,提出预应力筋抗弯载力比φdes、初始有效预应力σpe以及结合面处预应力筋偏心距ep的取值范围;然后验算其裂缝宽度,若不满足规范要求,再适当提高预应力筋面积。③保持全部配筋面积不变,仅增加预应力筋有效预应力σpe可以提高大跨混合连接节点框架的裂缝控制能力;保持预应力筋抗弯承载力比φdes不变,改变有效预应力σpe,按照本文设计方法重新计算预应力筋面积后,其裂缝控制能力基本保持不变。预应力筋抗弯承载力比φdes的增加可以提升其裂缝控制能力;结合面处预应力筋偏心距ep的增大将导致其裂缝控制能力降低。④8度(0.2g)罕遇地震水准反复荷载下,大跨混合连接节点框架未出现整体破坏和局部破坏,与现浇预应力框架相比,其基底剪力、混凝土损伤更小,具有良好的自复位、耗能等抗震性能。同时大跨混合连接节点框架残余层间位移角明显小于现浇预应力框架,满足我国《民用建筑可靠性鉴定标准》GB 50292-2015震后不需要采取措施即可使用的条件。
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