PC隔震框架预制单元拆分及整体结构地震损伤分析

摘要

装配式混凝土（PC）结构推动了建筑工业化的发展，具有构件标准化、产品质量高、现场装配速度快、节约材料等优点。装配式混凝土框架结构平面布置较为灵活、能够提供较大空间，是目前国内外应用和研究最多的工业化结构体系之一。然而，多次震害调查表明，大量装配式框架结构在地震中遭受了严重的破坏，其抗震性能受到了广泛的关注。预制构件拼接节点作为装配式框架结构的核心部位，其受力较复杂，容易成为地震作用下结构的薄弱环节。而预制构件的拆分方式决定了节点拼接的位置，影响着装配式结构的施工效率，甚至直接决定了装配式框架结构整体的抗震表现。目前，研究多集中于装配式结构节点连接试验上，有关装配式框架整体结构性能的研究较少，对于装配式混凝土隔震框架构件拆分和抗震性能的研究更少。因此，本文针对装配式混凝土隔震框架做了以下研究工作： （1）为选取更合理的构件拆分方式，本文综合考虑隔震结构受力特点和施工方便，确定装配式隔震框架预制构件拆分原则，选取了3种可行的装配式隔震框架构件拆分方式：拆分方式1为梁柱节点与梁柱整体预制，拆分方式2为多层柱与节点整体预制，拆分方式3为传统梁柱节点区后浇。 （2）为研究节点后浇位置不同对装配式混凝土隔震框架隔震层节点的受力性能的影响，利用ABAQUS分别建立了柱与支墩整体预制、梁部后浇连接的装配式隔震节点PC1，节点区后浇连接的装配式隔震节点PC2和对应的现浇隔震节点RC的精细化实体模型，对比分析不同隔震节点破坏模式和受力性能的差异。结果表明，装配式隔震节点受力性能较现浇节点差，装配式隔震节点PC1受力性能优于装配式隔震节点PC2。 （3）利用多尺度建模方法，建立梁柱节点核心区后浇的一榀三跨装配式框架结构及其对应的现浇框架结构，节点核心区采用实体单元建模，预制梁柱构件采用纤维梁单元建模，对比分析框架的承载能力和框架中后浇节点的破坏形态和受力性能。结果表明，相较现浇框架，装配式框架承载能力有所减弱，梁柱节点核心区破坏更为严重。 （4）利用纤维梁单元建立采用上述3种拆分方式的装配式隔震框架模型及其对应的现浇隔震框架模型，对比分析了不同拆分方式下装配式隔震框架与现浇隔震框架抗震性能的差异性。结果表明，相较现浇结构，装配式结构刚度较弱，罕遇地震下结构层间位移和隔震支座变形增大，上部结构损伤更为严重，隔震层损伤略微增加。对比可知，采用拆分方式1和拆分方式2的装配式隔震框架PCIF-1和PCIF-2均可满足抗震需求，受力性能良好。综合考虑结构受力和施工方便，本文建议采用拆分方式1对装配隔震框架进行预制构件拆分。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1选题背景及研究意义

1.1.1课题背景

1.1.2本文的研究意义

1.2研究现状

1.2.1国内外装配式混凝土建筑的发展概况

1.2.2装配式框架研究现状

1.2.3结构预制单元拆分研究现状

1.2.4装配式隔震结构研究现状

1.3本文的主要研究内容

第2章 PC隔震框架构件拆分原则和拆分方案

2.1引言

2.2钢筋的连接方式

2.2.1钢筋的搭接连接

2.2.2钢筋的机械连接

2.2.3钢筋的焊接连接

2.3装配式混凝土隔震框架预制单元拆分原则

2.4本文采用的预制单元拆分方式

2.5本章小结

第3章 装配式混凝土隔震节点抗震性能分析

3.1引言

3.2本构关系选取

3.2.1混凝土本构关系

3.2.2钢筋本构关系

3.3装配式结构预制构件后浇区连接界面模型

3.3.1预制构件后浇区连接界面受力机理

3.3.2预制构件后浇区连接界面模型

3.4连接界面数值模拟及试验验证

3.5装配式隔震框架中隔震节点模型建立

3.5.1装配式隔震节点构件设计

3.5.2装配式隔震节点有限元模型建立

3.6 RC、PC1及PC2有限元模拟结果对比分析

3.6.1 RC、PC1及PC2滞回曲线对比分析

3.6.2 RC、PC1及PC2骨架曲线对比分析

3.6.3 RC、PC1及PC2强度退化对比分析

3.6.4 RC、PC1及PC2刚度退化对比分析

3.6.5 RC、PC1及PC2耗能能力对比分析

3.7 RC、PC1及PC2破坏形态对比分析

3.7.1现浇隔震节点RC破坏形态分析

3.7.2装配式隔震节点PC1破坏形态分析

3.7.3装配式隔震节点PC2破坏形态分析

3.8本章小结

第4章 基于多尺度建模的PC框架受力性能分析

4.1引言

4.2多尺度建模原理

4.2.1用户材料子程序接口及子程序的调用

4.2.2材料本构与参数设置

4.2.3钢筋混凝土梁柱建模方法

4.3结构分析计算模型

4.4装配式框架与现浇框架有限元模拟结果对比

4.4.1滞回曲线

4.4.2骨架曲线

4.4.3刚度退化

4.4.4耗能能力

4.4.5破坏形态

4.6本章小结

第5章 PC隔震框架整体结构地震损伤分析

5.1引言

5.2纤维梁建模原理及试验验证

5.3 PC隔震框架模型建立及输入地震波的选用

5.3.1模型建立

5.3.2地震波的选取及调整

5.4结构周期

5.5基底剪力

5.6 PC隔震框架地震作用下结构响应

5.6.1顶点加速度

5.6.2楼层位移

5.6.3层间位移角

5.6.4地震能量耗散

5.6.5结构应力分布

5.7 PC隔震框架隔震层损伤分析

5.7.1隔震层损伤指数模型

5.7.2 PC隔震框架隔震层损伤指数

5.8本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B 攻读学位期间所参与的科研课题及项目