[PPT]預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)框架塑性鉸機(jī)理研究及非線性分析

1、碩士論文答辯熱烈歡迎與會(huì)專(zhuān)家和同學(xué)預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)框架塑性鉸機(jī)理研究及非線性分析 預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架采用工廠化生產(chǎn)的預(yù)制柱和預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)直接吊裝，梁柱就位后，將后張預(yù)應(yīng)力筋穿過(guò)梁柱預(yù)留孔道，對(duì)節(jié)點(diǎn)實(shí)施預(yù)應(yīng)力張拉預(yù)壓?？梢哉f(shuō)預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是將預(yù)應(yīng)力技術(shù)應(yīng)用于裝配式結(jié)構(gòu)，綜合了兩種結(jié)構(gòu)形式各自的優(yōu)勢(shì)，又利用預(yù)應(yīng)力克服了裝配式結(jié)構(gòu)在抗震性能方面的缺陷，實(shí)現(xiàn)了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的工業(yè)化生產(chǎn)方式。 摘 要本文通過(guò)對(duì)一榀預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架在低周反復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)，研究了預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架的裂縫分布、破壞形態(tài)、耗散能力、延性等抗震性能。結(jié)合試驗(yàn)預(yù)壓裝配式

2、預(yù)應(yīng)力混凝土框架的特點(diǎn)，將彈塑性靜力分析方法推廣應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)的彈塑性地震反應(yīng)分析中，采用非線性有限元分析軟件Sap2000 進(jìn)行Push-over分析，運(yùn)用能力譜法得出在不同烈度下的受力情況及塑性鉸的出鉸位置順序。并對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土框架抗震設(shè)計(jì)提出幾點(diǎn)建議，以供今后預(yù)應(yīng)力混凝土框架研究者、設(shè)計(jì)者參考、討論。 摘 要 論文的篇章結(jié)構(gòu)第一章 緒論第二章 預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能研究 第三章 預(yù)應(yīng)力混凝土框架彈塑性性能分析 第四章 預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架的試驗(yàn)內(nèi)容第五章 預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架塑性鉸非線性分析 第六章 結(jié)論與展望 第一章 緒論1.1 引言1.2 預(yù)應(yīng)力混

3、凝土的發(fā)展概況 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展現(xiàn)狀 1.3 預(yù)制裝配式建筑的特點(diǎn)及應(yīng)用 裝配式結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 裝配式結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用 1.4 預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu) 1.5 本文的研究背景及主要內(nèi)容 混凝土是當(dāng)今建筑結(jié)構(gòu)的最主要材料之一，混凝土結(jié)構(gòu)按其建造方式不同可以分為兩大類(lèi)：現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)和裝配式混凝土結(jié)構(gòu)。 裝配式結(jié)構(gòu)所特有的優(yōu)點(diǎn)是毋庸置疑的，問(wèn)題是如何保障其構(gòu)件之間的連接性能，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和抗震性能。 總的來(lái)說(shuō)預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土框架結(jié)構(gòu)是這些結(jié)構(gòu)中最有發(fā)展前途的結(jié)構(gòu)形式之一。 首先把預(yù)應(yīng)力用于混凝土結(jié)構(gòu)： 是1866年美國(guó)工程師杰克遜及1888年德國(guó)工程師

4、道克林預(yù)應(yīng)力混凝土的現(xiàn)代發(fā)展應(yīng)歸功于法國(guó)工程師弗萊西奈特(E.Freyssinet)。1928年弗萊西奈特指出，預(yù)應(yīng)力混凝土必須采用高強(qiáng)鋼材和高強(qiáng)混凝土。 這一結(jié)論是預(yù)應(yīng)力混凝土在理論上的關(guān)鍵性突破。 裝配式結(jié)構(gòu)在工程中的應(yīng)用：日本前田建設(shè)公司(58層) 工業(yè)化住宅 本文研究的背景 發(fā)展裝配式結(jié)構(gòu)體系是建筑業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，但由于裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接可靠性差，往往難以滿足反復(fù)荷載下的受力要求，在地震區(qū)的使用受到限制。如何在裝配式框架中采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)，加強(qiáng)構(gòu)件連接，滿足工程抗震要求，發(fā)展新的結(jié)構(gòu)體系是一個(gè)亟需解決的課題。為了順應(yīng)建筑工業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，必須借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，發(fā)展我國(guó)的裝配式框架結(jié)構(gòu)體

5、系，由此引入了日本的預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)形式。 預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力框架示意圖 本文的主要內(nèi)容簡(jiǎn)要介紹預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)、裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展和特點(diǎn)及預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的有關(guān)情況。對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究領(lǐng)域的成果進(jìn)行介紹，體現(xiàn)本課題研究意義。通過(guò)一榀兩層兩跨預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架在低周反復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)，研究裝配式框架的破壞現(xiàn)象及破壞機(jī)制、耗散能力等。 采用SAP2000有限元分析軟件對(duì)試驗(yàn)框架進(jìn)行單調(diào)加載作用下的模擬，對(duì)其進(jìn)行靜力彈塑性分析得出結(jié)構(gòu)的破壞形式以及耗能機(jī)制了解其薄弱部位，并對(duì)塑性鉸出鉸順序及出鉸位置進(jìn)行模擬分析。 通過(guò)算例在水平地震下進(jìn)行Push-over 分析，運(yùn)用能力譜法對(duì)比不

6、同地震烈度情況下結(jié)構(gòu)的出鉸形式了解這些改變量對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。本文的主要內(nèi)容 第二章 預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝 土結(jié)構(gòu)抗震性能研究 2.1裝配式混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能研究概況 2.2預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能研究概況 國(guó)外的主要研究成果 國(guó)內(nèi)的主要研究成果 2.3預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能研究概況 國(guó)外主要研究成果 國(guó)內(nèi)主要研究成果 2.1 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)抗 震性能研究概況 這一節(jié)主要說(shuō)說(shuō)：美國(guó)與日本對(duì)裝配式混凝土結(jié)構(gòu)連接的研究走在世界前列。美國(guó)和日本在改進(jìn)建筑物抗震性能方面建立了合作項(xiàng)目，該項(xiàng)目的第四階段是關(guān)于裝配式結(jié)構(gòu)抗震問(wèn)題。美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金資助了“預(yù)制抗震結(jié)構(gòu)體系”研究項(xiàng)目(PRESS

7、S)，美國(guó)預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)(PCI)、加利福尼亞預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土制造聯(lián)合會(huì)(PCMAC)也給予了相應(yīng)的資助。PRESSS項(xiàng)目提出了四種概念性連接：非線性彈性連接、拉壓屈服連接、剪切屈服連接和能量耗散(庫(kù)侖摩擦)連接。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能研究概況國(guó)外的主要研究成果 P9-11 新西蘭是研究預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震問(wèn)題較早的國(guó)家之一，取得的一些成果。 國(guó)際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)FIP于1977年提出了“預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)建議”。 日本學(xué)者H.Muguruma、F.Watanabe、T.Nasu、M.Nishiyama、Y.Takemoto等人對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行了研究，得出一些結(jié)論

8、。 美國(guó)的Hawkins進(jìn)行過(guò)三榀預(yù)應(yīng)力混凝土框架在水平反復(fù)荷載下的試驗(yàn)，其中一榀是足尺的。 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能研究概況國(guó)內(nèi)的主要研究成果 P12-14 同濟(jì)大學(xué)的朱伯龍等于20世紀(jì)80年代曾對(duì)有粘結(jié)與無(wú)粘結(jié)單層預(yù)應(yīng)力混凝土框架進(jìn)行了靜力與動(dòng)力試驗(yàn)，其試件的梁和柱的受拉區(qū)與受壓區(qū)均布置了直線預(yù)應(yīng)力筋，試驗(yàn)結(jié)論見(jiàn)論文。 東南大學(xué)的呂志濤、孟少平等對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土的抗震性能作了較系統(tǒng)地研究，分別研究了梁、柱、梁柱節(jié)點(diǎn)、框架等的抗震性能，得到結(jié)果見(jiàn)論文。 預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能 研究概況預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能研究概況國(guó)外的主要研究成果 1971年R. W. G. Blakeley

9、和R. Park對(duì)足尺框架的邊緣單元進(jìn)行了試驗(yàn)，柱用先張法制作，梁先用先張法加少量的預(yù)應(yīng)力，然后再用后張法與柱一起裝配。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)論文。 Geraldine S. Cheok和H. S. Lew進(jìn)行了8榀按1:3比例縮尺的梁柱節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究，得出一些結(jié)論。 預(yù)應(yīng)力裝配式混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能 研究概況國(guó)內(nèi)的主要研究成果 北京工業(yè)大學(xué)董挺峰、馮立峰等通過(guò)對(duì)三種：現(xiàn)澆整體節(jié)點(diǎn)(MCJ)、全預(yù)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)(PCJ)，混合節(jié)點(diǎn)(HCJ)，得出結(jié)論見(jiàn)論文。 合肥工業(yè)大學(xué)的柳炳康教授等通過(guò)幾榀預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力框架節(jié)點(diǎn)試件的低周反復(fù)荷載試驗(yàn)，對(duì)預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力框架節(jié)點(diǎn)的破壞形態(tài)、耗能能力、延性、變形恢復(fù)能力、承載力、

10、剛度等方面進(jìn)行了逐一的分析，得到如下結(jié)論：P17-18 第三章 預(yù)應(yīng)力混凝土框架彈塑性 性能分析 3.1 彎矩重分布的必要條件 3.2 影響截面延性的主要因素 3.3 影響框架調(diào)幅能力的主要因素 3.4 框架塑性鉸的位置 3.5 框架塑性鉸先后出現(xiàn)的分析 3.6 預(yù)應(yīng)力混凝土框架耗能機(jī)制 本章概要 與普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一樣，預(yù)應(yīng)力框架在受荷過(guò)程中，也會(huì)由于混凝土的非彈性變形、裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展、裂縫間受拉混凝土的應(yīng)力松弛、鋼筋的滑移、塑性鉸的形成和轉(zhuǎn)動(dòng)等因素，使結(jié)構(gòu)的剛度不斷變化，并會(huì)造成結(jié)構(gòu)各部分的相對(duì)剛度變化不成比例。本章主要在框架塑性?xún)?nèi)力重分布和彎矩調(diào)幅能力影響因素中，對(duì)塑性鉸的性質(zhì)及位置

11、做了一些討論。 3.1彎矩重分布的必要條件力變形屈服極限硬化軟化 圖中的力可以是荷載或彎矩等，變形可以是曲率或轉(zhuǎn)角等，設(shè)y 代表鋼筋屈服時(shí)的變形，u代表破壞或極限強(qiáng)度時(shí)的變形。后期變形能力通常以塑性變形uy，或延性系數(shù)u/y來(lái)表示。延性系數(shù)大說(shuō)明截面的延性較好，反之延性較差。力變形曲線圖 3.2影響截面延性的主要因素 混凝土極限壓應(yīng)變 預(yù)應(yīng)力混凝土截面的延性也與普通混凝土一樣，混凝土極限壓應(yīng)變?cè)龃螅孛娴暮笃谧冃文芰υ鰪?qiáng)，則延性系數(shù)越高。混凝土相對(duì)受壓區(qū)高度 受彎構(gòu)件截面的受壓區(qū)高度越大，則截面的延性越小，而截面相對(duì)受壓區(qū)高度又是由配筋指數(shù)確定的。配筋指數(shù)可以這樣定義： P20 軸壓力軸壓力對(duì)

12、普通混凝土截面延性影響很大，軸壓力越大，截面受壓區(qū)高度越大，則截面延性系數(shù)越小。預(yù)應(yīng)力混凝土與普通混凝土不一樣的主要一點(diǎn)，就是要施加預(yù)壓力。 此外，還有一些影響截面延性的因素，如加荷持續(xù)時(shí)間、鋼筋與混凝土的粘結(jié)作用等，可參見(jiàn)文獻(xiàn)39,41,42 3.3影響框架調(diào)幅能力的主要因素 預(yù)應(yīng)力框架是超靜定結(jié)構(gòu)，受荷過(guò)程中要發(fā)生內(nèi)力重分布。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常常要考慮混凝土的塑性影響，利用超靜定結(jié)構(gòu)能夠發(fā)生內(nèi)力重分布的能力，根據(jù)需要，適當(dāng)調(diào)整某些截面的內(nèi)力值，然后按調(diào)整后的內(nèi)力進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，這種方法用于彎矩調(diào)整時(shí)就稱(chēng)為彎矩調(diào)幅法。截面彎矩調(diào)整的幅度可以用彎矩調(diào)幅系數(shù)來(lái)表示，即： 因此，部分預(yù)應(yīng)力混凝土超靜定

13、結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布大小可調(diào)幅系數(shù)來(lái)表示。越大，調(diào)幅能力越強(qiáng)，內(nèi)力重分布發(fā)展越充分。因此，凡是影響內(nèi)力重分布的因素，都能影響結(jié)構(gòu)的調(diào)幅能力。對(duì)預(yù)應(yīng)力框架調(diào)幅產(chǎn)生影響的主要因素有以下幾個(gè)方面： 塑性鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)能力 塑性鉸發(fā)生的轉(zhuǎn)角可以表示為： 塑性鉸的長(zhǎng)度與很多因素有關(guān)，如混凝土極限壓應(yīng)變、受荷方式等等，根據(jù)我國(guó)試驗(yàn)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)為： 在超靜定結(jié)構(gòu)中，各塑性鉸能按照預(yù)期的順序出現(xiàn)，形成破壞機(jī)構(gòu)，其承載能力達(dá)到預(yù)計(jì)的極限荷載，這種情況稱(chēng)為充分的內(nèi)力重分布。但是，如果所需要的塑性轉(zhuǎn)角超過(guò)了該截面的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力，在沒(méi)有形成預(yù)期的破壞機(jī)構(gòu)以前，該截面即由于混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變而過(guò)早破壞，就會(huì)降低結(jié)構(gòu)極限承載力，因此

14、彎矩調(diào)幅要受到控制，幅度不能過(guò)大。 加載方式 比如加載方式是指預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)單獨(dú)承受豎向荷載或者同時(shí)承受豎向和水平向荷載的方式，如圖3.2(a), (b)。(a) 豎向加載 （b）水平加載 圖3.2 加載方式次彎矩 預(yù)應(yīng)力框架與普通混凝土框架不同的重要一點(diǎn)就是，結(jié)構(gòu)中存在有次彎矩。對(duì)于單層單跨對(duì)稱(chēng)框架結(jié)構(gòu)，假設(shè)其次彎矩如圖3.3(a)所示，受等三分點(diǎn)的豎向集中荷載，其彎矩如圖3.3(b)。 （a）次彎矩圖 （b）荷載彎矩圖 圖3.3 次彎矩和荷載彎矩圖 3.4 框架塑性鉸的位置 在研究預(yù)應(yīng)力框架塑性?xún)?nèi)力重分布和彎矩調(diào)幅能力的過(guò)程中，對(duì)塑性鉸性質(zhì)的討論是非常關(guān)鍵的，塑性鉸的位置也是不能回避的重要

15、問(wèn)題。在正常設(shè)計(jì)的普通混凝土框架中，節(jié)點(diǎn)區(qū)往往是柱筋及梁筋縱橫交錯(cuò)的部位，此外，一些抗震構(gòu)造措施如“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”則又會(huì)繼續(xù)增加梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的強(qiáng)度。對(duì)預(yù)應(yīng)力框架來(lái)說(shuō)，為了解決預(yù)應(yīng)力筋張拉時(shí)的梁端局部承壓?jiǎn)栴}，則需在節(jié)點(diǎn)區(qū)采用配置螺旋箍和預(yù)埋鋼板等措施，上述措施保證了節(jié)點(diǎn)區(qū)在受力過(guò)程中不易發(fā)生破壞。 從國(guó)內(nèi)外預(yù)應(yīng)力混凝土框架系列試驗(yàn)研究后可以發(fā)現(xiàn)，該系列試驗(yàn)證明了上述觀點(diǎn)的正確性。因此，往往可以認(rèn)為節(jié)點(diǎn)區(qū)為一剛域，在正常設(shè)計(jì)施工和正常使用的情況下，節(jié)點(diǎn)區(qū)一般是不會(huì)先于梁端截面或者柱端截面而發(fā)生破壞的，也即在框架結(jié)構(gòu)中，塑性鉸的位置一般出現(xiàn)于梁端截面或柱端截面。 框架與連續(xù)梁相比具有其自身的特點(diǎn)。首

16、先，張拉預(yù)應(yīng)力筋時(shí)，由于存在預(yù)應(yīng)力框架柱對(duì)框架梁的約束作用，預(yù)應(yīng)力框架中的次彎矩比預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁復(fù)雜得多，次彎矩對(duì)預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)塑性?xún)?nèi)力重分布的影響也復(fù)雜得多；其次，預(yù)應(yīng)力框架中存在柱梁線剛度比的影響，柱梁線剛度比的大小將影響柱對(duì)框架梁約束程度的強(qiáng)弱，也將影響框架中各關(guān)鍵截面作為調(diào)幅設(shè)計(jì)基礎(chǔ)的彈性計(jì)算彎矩值的大小。最為重要的是預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu)可能存在水平荷載作用的影響，水平荷載和豎向荷載共同作用將使預(yù)應(yīng)力框架的彈性彎矩圖變得更加復(fù)雜，也將影響預(yù)應(yīng)力框架的內(nèi)力重分布性能。 這些因素都會(huì)對(duì)塑性鉸的出鉸先后有影響。具體見(jiàn)P24-25 3.5框架塑性鉸先后出現(xiàn)的分析 3.6預(yù)應(yīng)力混凝土框架耗能機(jī)制 框架結(jié)

17、構(gòu)的耗能機(jī) 制一般有梁鉸機(jī)制 (圖3.5b)、柱鉸機(jī) 制(圖3.5c)和混合 機(jī)制三種，如圖3.5 所示，其中混合機(jī)制 又分為圖3.5d、圖3.5e 兩種。圖3.5 框架可能出現(xiàn)的耗能機(jī)制 1-塑性鉸框架結(jié)構(gòu)可能的耗能機(jī)制 圖3.6 各塑性鉸在塑性區(qū)轉(zhuǎn)角增量及梁鉸的轉(zhuǎn)移混合機(jī)制中塑性鉸的轉(zhuǎn)移 預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)耗能機(jī)制的選用 理想的耗能機(jī)制自由度應(yīng)最少。設(shè)計(jì)人員應(yīng)控制塑性鉸在某些構(gòu)件上的出現(xiàn)，更應(yīng)盡量推遲塑性鉸在框架的關(guān)鍵部位(柱根部)出現(xiàn)。 預(yù)應(yīng)力混凝土框架可能出現(xiàn)圖3.5be的四種形式耗能機(jī)制。第四章 預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土 框架的試驗(yàn)內(nèi)容4.1試驗(yàn)?zāi)康?4.3框架破壞現(xiàn)象及破壞機(jī)制4.

18、2試驗(yàn)概況4.4框架的耗散能力 試件設(shè)計(jì) 試驗(yàn)裝置及加載制度 測(cè)點(diǎn)布置及量測(cè)設(shè)備 破壞現(xiàn)象 破壞機(jī)制 滯回曲線 耗能能力和延性 本章試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果分析基于合肥工業(yè)大學(xué)柳炳康教授的課題。對(duì)其中的一榀兩跨兩層預(yù)壓裝配式混凝土框架在低周反復(fù)荷載作用下的試驗(yàn)情況進(jìn)行了描述，詳細(xì)地描述了試件的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)過(guò)程及加載方法、測(cè)點(diǎn)布置及量測(cè)設(shè)備，并較為詳細(xì)地記錄了框架在低周反復(fù)荷載作用下的反應(yīng)，包括裂縫的出現(xiàn)、發(fā)展、構(gòu)件的屈服、破壞。本章概要 （1）通過(guò)全過(guò)程觀察預(yù)應(yīng)力框架在水平力作用下從開(kāi)始加載到出現(xiàn)塑性鉸，再到水平位移達(dá)到預(yù)設(shè)值或結(jié)構(gòu)形成機(jī)構(gòu)為止的工作情況，記錄內(nèi)力大小及分布情況、變形(彈性和塑性)情況、開(kāi)

19、裂時(shí)間、裂縫大小以及裂縫分布、框架耗散能力等等，收集整理數(shù)據(jù)。從而分析預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架的抗震性能。（2）通過(guò)觀察一榀預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土框架在低周反復(fù)荷載作用下的工作情況，觀察分析諸如出鉸位置、出鉸順序、裂縫開(kāi)展規(guī)律等情況。4.1試驗(yàn)?zāi)康?4.2試驗(yàn)概況 圖4.1 框架配筋圖 圖4.2 試驗(yàn)加載裝置示意圖 圖4.3 框架加載示意圖 圖4.4 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)加載裝置布置圖4.6 節(jié)點(diǎn)量測(cè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)布置圖綜觀試驗(yàn)加載過(guò)程節(jié)點(diǎn)核心區(qū)均未出現(xiàn)大裂縫，僅有少量的裂縫，且二層各節(jié)點(diǎn)處裂縫多于一層各節(jié)點(diǎn)處，這主要是受到了豎向荷載作用的結(jié)果。試驗(yàn)資料表明，混凝土受到的約束力越大，其強(qiáng)度也越高，在實(shí)際工程中

20、，一般通過(guò)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)附近加密箍筋來(lái)加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，為節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的混凝土提供約束，但對(duì)于裝配式結(jié)構(gòu)，梁柱節(jié)點(diǎn)處的縱向鋼筋是斷開(kāi)的，由此可見(jiàn)，在預(yù)壓裝配式框架中，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)處于水平預(yù)壓應(yīng)力和柱壓力作用下，預(yù)應(yīng)力鋼筋從側(cè)向?qū)?jié)點(diǎn)增強(qiáng)了約束，使節(jié)點(diǎn)區(qū)混凝土處于平面雙向受壓狀態(tài)，從而提高了節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的抗剪切能力。下面是試驗(yàn)所拍攝的部分裂縫變形圖。 4.3框架破壞現(xiàn)象及破壞機(jī)制 4.3框架破壞現(xiàn)象及破壞機(jī)制 圖4.8 中節(jié)點(diǎn)裂縫及變形圖破壞現(xiàn)象 圖4.9 邊節(jié)點(diǎn)裂縫及變形圖 圖4.10 梁跨中裂縫圖 圖4.11 柱腳裂縫圖破壞機(jī)制 試驗(yàn)表明，框架在反復(fù)荷載作用下的破壞首先發(fā)生在梁上，梁跨中出現(xiàn)塑性鉸后，結(jié)構(gòu)仍能

21、繼續(xù)承受荷載，直至梁兩端均出現(xiàn)塑性鉸，結(jié)構(gòu)成為可變機(jī)構(gòu)，跨中裂縫上下貫通，結(jié)構(gòu)喪失承載能力。塑性鉸形成以后，使得非彈性變形主要集中在塑性鉸區(qū)，因此柱和節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)基本上僅有少數(shù)裂縫，構(gòu)件的破壞屬延性破壞，結(jié)構(gòu)滿足抗震設(shè)計(jì)要求。5.1靜力彈塑性分析方法簡(jiǎn)介 Push-over方法的應(yīng)用背景 Push-over方法的原理 Push-over方法的用途 Push-over方法的實(shí)施步驟 5.2 SAP2000軟件程序的實(shí)現(xiàn) SAP2000軟件的簡(jiǎn)介 程序的實(shí)現(xiàn) 第五章 預(yù)壓裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土 框架塑性鉸非線性分析5.3 預(yù)應(yīng)力作用的考慮 5.4 算例 SAP2000建模 Push-over分析結(jié)果 對(duì)

22、計(jì)算結(jié)果的分析 5.5 設(shè)計(jì)建議 由于本文試驗(yàn)僅為一榀兩層兩跨預(yù)應(yīng)力混凝土試件，不能滿足本文的研究目的，因此引入模擬計(jì)算分析。 近年來(lái)，Push-over方法作為一種比較簡(jiǎn)便實(shí)用的彈塑性靜力分析方法得到國(guó)內(nèi)外的廣泛應(yīng)用，這種方法最主要的特征是用靜力描述地震作用，并在地震作用下考慮結(jié)構(gòu)的彈塑性性能。 本章結(jié)合預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將該方法推廣應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)的彈塑性地震反應(yīng)分析中，采用非線性有限元分析軟件Sap2000進(jìn)行Push-over分析。計(jì)算時(shí)梁、柱采用桿單元進(jìn)行結(jié)構(gòu)的有限元分析。本章綱要 應(yīng)用背景：彈塑性靜力分析(Static Push-Over Analysis)又稱(chēng)“推

23、覆分析”是一種近似的彈塑性結(jié)構(gòu)分析方法。該法最先引起人們關(guān)注是1975年Freeman等人提出的能力譜方法，后經(jīng)不斷完善和改進(jìn)現(xiàn)已成為彈塑性靜力分析的重要方法。 原理：Push-over是一種評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)抗震能力的靜力非線性分析方法。它的基本原理是在結(jié)構(gòu)上施加豎向荷載并保持不變的基礎(chǔ)上，對(duì)結(jié)構(gòu)施加某種分布的水平荷載以模擬水平地震作用，若構(gòu)件屈服或開(kāi)裂則修改剛度。水平荷載逐步單調(diào)增加，構(gòu)件逐步屈服，從而獲得結(jié)構(gòu)在水平靜力作用下結(jié)構(gòu)的彈塑性性能。 5.1靜力彈塑性分析方法簡(jiǎn)介 用途：Push-over的目標(biāo)是獲得彈性動(dòng)力反應(yīng)分析法所不能得到的某些結(jié)構(gòu)響應(yīng)特征，即獲得在可能遭遇地震作用下，結(jié)構(gòu)在彈塑性階

24、段的構(gòu)件內(nèi)力結(jié)構(gòu)整體或局部變形等。 步驟：稍后在算例里介紹 論文 P41頁(yè)也有詳細(xì)介紹了5.1 靜力彈塑性分析方法簡(jiǎn)介 在這一節(jié)里 重點(diǎn)說(shuō)說(shuō)：塑性鉸的定義和設(shè)置 SAP2000 給框架單元提供了彎矩M、剪力V、軸力和彎矩相關(guān)PMM四種塑性鉸，可以在一根構(gòu)件的任意部位布置一個(gè)或多個(gè)塑性鉸，各種塑性鉸的本構(gòu)模型歸納為圖5.1所示。5.2 Sap2000程序的實(shí)現(xiàn) 受壓區(qū)受拉區(qū)力/屈服力位移/屈服位移EABCD圖5.1 塑性鉸本構(gòu)關(guān)系 在上述塑性鉸本構(gòu)關(guān)系中，縱坐標(biāo)(力)代表彎矩、剪力、軸力，橫坐標(biāo)(位移)代表曲率或轉(zhuǎn)角、剪切變形、軸壓變形。整個(gè)曲線分為四個(gè)階段。彈性段AB、強(qiáng)化段BC、卸載段CD、

25、塑性段DE。只要將幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)B、C、D、E確定出來(lái)，整個(gè)本構(gòu)關(guān)系就確定了，其中確定B點(diǎn)時(shí)，涉及到屈服力和屈服位移的確定，關(guān)于屈服力和屈服位移，有兩種確定方法，一種是自定義，輸入某一具體值，另外一種是由程序計(jì)算；確定C、D、E時(shí)，各點(diǎn)的縱、橫坐標(biāo)需要分別按照力、位移與屈服力和屈服位移的比值來(lái)輸入，SAP2000程序也提供了兩種方法，一種是自定義，另外一種是程序按照美國(guó)規(guī)范FEMA273和ATC-40給定。本文的模擬分析采用后一種方法來(lái)定義塑性鉸的本構(gòu)關(guān)系。設(shè)計(jì)資料同上章試驗(yàn) 。5.4.1 SAP2000 建模框架梁柱均采用桿單元；框架梁塑性鉸采用彎矩M鉸，在每層梁兩端及距離梁端1/10梁長(zhǎng)處布置

26、4 個(gè)塑性鉸；框架柱采用雙向彎矩相關(guān)PMM鉸，在每層柱頂及柱底布置2個(gè)塑性鉸；鋼筋及混凝土均采用標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算；在框架梁上施加2部分外力，一部分是重力荷載代表值(恒+0.5活)，另一部分是預(yù)應(yīng)力鋼筋產(chǎn)生的等效荷載，這兩部分外力之和為外荷載組合；5.4 算例 截面配筋采用試驗(yàn)布筋結(jié)果，非預(yù)應(yīng)力鋼筋直接輸入面積，預(yù)應(yīng)力鋼筋按受拉屈服應(yīng)力為的非預(yù)應(yīng)力鋼筋考慮；由于分析實(shí)例的結(jié)構(gòu)較規(guī)則，且高度較小，認(rèn)為可忽略高振型的影響，只考慮第一振型的作用，因此采用倒三角形的側(cè)向加載方式。加載過(guò)程采用位移控制，控制節(jié)點(diǎn)為頂層的角柱柱頂節(jié)點(diǎn)，加載步長(zhǎng)為0.01s，分析直到頂點(diǎn)位移達(dá)到0.09m。整體模型圖見(jiàn)下圖5.4。圖

27、5.4 整體模型圖 Push-over分析結(jié)果 圖5.5 結(jié)構(gòu)基底剪力-監(jiān)測(cè)位移關(guān)系曲線(1) 基底剪力-監(jiān)測(cè)位移關(guān)系曲線 Push-over分析得到結(jié)構(gòu)的基底剪力項(xiàng)點(diǎn)位移關(guān)系曲線如圖5.5所示。圖中可以看出，荷載較小時(shí)，結(jié)構(gòu)力位移關(guān)系曲線呈線性，隨著荷載的增大，結(jié)構(gòu)剛度出現(xiàn)明顯的降低，力位移關(guān)系曲線變得平緩。剛度的降低主要由兩部分因素導(dǎo)致，其一是由于底層柱底出現(xiàn)塑性鉸，其二是由于梁柱連接截面裂縫開(kāi)展，產(chǎn)生明顯的非線性變形。(2) 結(jié)構(gòu)能力譜曲線圖5.6 7度多遇地震能力譜曲線 圖5.7 7度罕遇地震能力譜曲線 圖5.8 8度多遇地震能力譜曲線 圖5.9 8度罕遇地震能力譜曲線 由圖5.6，5

28、.7，5.8，5.9可以看出，在7度和8度多遇地震作用下，達(dá)到性能點(diǎn)時(shí)，框架所對(duì)應(yīng)的基底剪力和頂點(diǎn)位移差別很小，其值都比罕遇地震作用下的情況小很多；在7度和8度罕遇地震作用下達(dá)到性能點(diǎn)時(shí)，頂點(diǎn)位移仍然差別不大，但是基底剪力卻差別較大。(3) 出鉸順序 圖5.10（7度，罕遇，左震）達(dá)到性能點(diǎn)時(shí)框架出鉸順序圖圖5.11（8度，罕遇，左震） 由圖5.10，圖5.11可以看出，在7度和8度罕遇地震作用下，該榀兩跨框架的出鉸順序差不多：先出左跨的一層梁端正鉸，再出右跨的梁端正鉸；然后是一層梁端負(fù)鉸，左、右跨的負(fù)鉸出現(xiàn)順序大體相同，均是一層先于二層出現(xiàn)。而且從圖中還可以發(fā)現(xiàn)，所有梁鉸均由向跨中轉(zhuǎn)移了一定

29、距離。圖5.12 最終破壞圖（7，8度） 通過(guò)研究結(jié)構(gòu)出鉸順序和結(jié)構(gòu)出鉸位置見(jiàn)圖5.12可以發(fā)現(xiàn)：該榀雙跨框架在8度罕遇地震作用下塑性鉸發(fā)展的都比較充分，最終破壞是在底層柱底，中柱的破壞程度最大，雖然梁端正鉸要比梁端負(fù)鉸先出，但由于梁端負(fù)鉸的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力比梁端正鉸小，在達(dá)到最終破壞時(shí)，梁端負(fù)鉸要比梁端正鉸破壞嚴(yán)重一些。7度時(shí)，該框架破壞形態(tài)與8度時(shí)基本一致，這主要是在7度和8度時(shí)，配筋不變的原因。該榀雙跨框架的柱底出鉸時(shí)間較早，這使得結(jié)構(gòu)從受水平荷載作用到結(jié)構(gòu)破壞對(duì)底層柱底塑性鉸的轉(zhuǎn)動(dòng)能力要求較高，同時(shí)由于底層柱的軸力相對(duì)其它層最大，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)底層柱進(jìn)行必要的加強(qiáng)。通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)

30、，框架底層柱底均是最薄弱的部位。要想達(dá)到最終破壞時(shí)，梁端塑性鉸先于底層柱底塑性鉸破壞，框架底層柱底縱筋配筋量必須增加。另一方面在考慮了柱加強(qiáng)后，需要研究加強(qiáng)了柱的強(qiáng)度和延性對(duì)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)性能目標(biāo)可能帶來(lái)的影響。以下是在對(duì)試驗(yàn)中所觀察到的試驗(yàn)現(xiàn)象和模擬計(jì)算結(jié)果進(jìn)行認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，得出的對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一些建議：(1)預(yù)應(yīng)力框架的柱底是破壞最嚴(yán)重的部位。因此在預(yù)應(yīng)力框架的抗震設(shè)計(jì)中，從加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體的薄弱部位出發(fā)，適當(dāng)?shù)脑黾又椎呐浣盍渴强尚械模彩潜仨毜?，但同時(shí)應(yīng)當(dāng)看到柱筋增加所帶來(lái)的一個(gè)主要的負(fù)面影響就是使得柱的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力減弱，而且還加劇了柱的粘結(jié)破壞。(2)預(yù)應(yīng)力框架的梁端負(fù)鉸較正鉸發(fā)展充分。因此在預(yù)應(yīng)力框架的抗震設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)更多的考慮梁端在負(fù)彎矩作用下的延性性能，提高負(fù)彎矩鉸的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力。 5.5 設(shè)計(jì)建議 (3)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50011-2001)第5.5.3條提出“結(jié)構(gòu)在罕遇地震作用下薄弱層(部位)彈塑性變形計(jì)算，可采用靜力彈塑性分析方法或彈塑性時(shí)程分析方法”，其中的靜力彈塑性分析也包括了Push-over方法。 Push-over法簡(jiǎn)單實(shí)用，而且有效，可得到結(jié)構(gòu)從彈性、屈服、一直到極限倒塌