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无粘结预应力装配式混凝土框架结构是一种新型装配结构体系,目前国际上对其研究正在逐步深入,相对于有粘结预应力装配式结构,对无粘结预应力装配式结构及其性能的研究还处于起步阶段。国内对预应力装配式混凝土框架结构的研究还很少。近年来,预应力结构已广泛用于房屋建筑、桥梁工程、水工结构、海工结构、港口码头以及特种结构中。然而装配式结构主要应用在一些城市高铁和桥梁工程中,在民用建筑方面,装配式结构的发展速度非常缓慢。为了从根本上改善我国的建筑工业,实现机械化、工业化施工,必须完成对建筑工业的技术改造,探索新型结构体系。
本文主要在以下几个方面对无粘结预应力装配式混凝土框架结构的抗震性能进行了系统的研究。
(1)总结和分析国内外有关无粘结预应力装配框架结构的节点和框架研究现状。根据装配式结构和预应力混凝土的特点,结合我国框架结构的常用形式及无粘结预应力筋的性能,提出平行式对称配筋的无粘结预应力装配框架结构体系。
(2)对平行式对称配筋的无粘结预应力装配框架结构进行受力分析后,基于结构性能指标,结合无粘结预应力装配式混凝土框架结构的变形特点和无粘结预应力筋与混凝土之间的变形关系,推导出适合平行式对称配筋的无粘结预应力装配框架结构中预应力钢筋的应力增量计算公式。
(3)对一榀两层两跨的现浇钢筋混凝土框架和一榀无粘结预应力装配钢筋混凝土框架结构,进行水平方向低周反复加载试验。并通过对比试验结果,研究和分析无粘结预应力装配框架结构体系的滞回曲线、骨架曲线、耗能、延性、刚度退化等抗震性能。
(4)通过对带损伤的无粘结预应力装配框架结构进行梁端加固,并对加固后的无粘结预应力装配框架结构进行水平低周反复加载。研究和分析梁端加强约束后的无粘结预应力装配框架结构的滞回曲线、骨架曲线、耗能、延性、刚度退化等抗震性能。并根据国内外对框架结构的恢复力模型的研究现状,结合试验给出无粘结预应力装配框架结构层间结构恢复力模型及参数。
(5)利用大型有限元分析软件ABAOUS对无粘结预应力装配框架结构进行数值仿真模拟,并对比有限元分析结果与试验结果,并结合无粘结预应力装配框架结构性能指标参数建立不同工况下的分析模型,深入分析了性能指标参数对结构承载能力和无粘结预应力钢筋应力增量的影响程度。
(6)为了研究无粘结预应力装配框架结构的塑性铰发展过程,我们采用SAP2000分析软件对其进行推覆分析,并得到无粘结预应力装配框架结构的耗能机制。结合一个五层的框架结构,有效利用前期研究的无粘结预应力装配框架和现浇框架节点恢复力模型和骨架模型,对其连接参数进行合理设定后,进行了多遇地震和罕遇地震作用下的时程分析。