不同裂缝控制等级对PC框架结构抗震能力影响研究

摘要

预应力混凝土(PC)框架结构是我国应用较广泛的重要结构形式之一。国内外对PC构件以及单跨PC框架的抗震性能研究比较充分，对PC结构的抗震能力也有了一定的认识。但现行规范对预应力混凝土框架结构的裂缝控制较严，更多基于对预应力混凝土构件截面延性性能的认识，给出了更为严格的预应力度指标和混合配筋指标，裂缝限值要求和PC框架的延性要求成了一对矛盾，使得PC框架经济性相对较差，不利于PC结构的推广应用。
　　本文结合国内外对混凝土结构裂缝控制的最新共识，着重提高PC框架结构的抗震能力，为抗震规程相关条文的修定提供参考。通过计算研究分析，主要结论如下:
　　(1)基于纤维单元的开源结构有限元程序OpenSees，编制了预应力混凝土构件的数值分析模型，利用该模型模拟了一组预应力钢筋混凝土梁在低周反复荷载作用下的受力及变形，得到荷载-位移曲线，并与参考文献的试验结果进行对比。结果表明，利用OpenSees编制的数值分析模型能较好地模拟PC构件在低周反复荷载作用下的受力性能。
　　(2)利用Opensees进行了10根PC梁的低周反复荷载模拟，对构件的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、延性等抗震性能进行分析。通过参数化分析，改变预应力度、裂缝控制等级以及裂缝宽度限值探讨各参数对PC梁抗震性能的影响。结果表明，随着预应力度的提高，梁的相对受压区高度的增大，滞回曲线的捏缩效应逐渐明显，刚度变化较小，梁的延性逐渐降低;在裂缝控制等级为三级时，裂缝宽度限值的差异对于构件的滞回曲线、延性系数、耗能能力影响较小。
　　(3)采用静力弹塑性软件SAP2000分析和比较了20榀PC框架在不同预应力度及裂缝控制等级下的抗震能力，通过比较PC框架的底部剪力-顶点位移曲线、层间位移、框架塑性铰分布情况等，初步探讨了预应力度(0.70、0.75、0.80、0.85)及裂缝控制等级（一级、二级、三级）对于PC框架结构抗震能力的影响。结果表明，放宽预应力度限值以及PC梁的裂缝宽度限值(0.2mm、0.25mm、0.3mm)，能够改善结构整体的出铰机制，提高PC框架整体抗震能力，建议适当减少非预应力筋配筋要求，提高框架梁的预应力度限值以及放宽裂缝宽度限值，使得PC框架结构有良好的经济性和结构性能。对其中一榀预应力混凝土框架的边柱和中柱进行加强，既能实现较为理想的混合耗能机制，又能防止内柱出铰过多而导致的整体框架抗侧刚度降低过多。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 PC框架结构抗震研究现状

1．2．1 国外主要研究成果

1．2．2 国内主要研究成果

1．3 裂缝控制等级与预应力度的探讨

1．3．1 PC结构的裂缝控制等级

1．3．2 关于预应力度的探讨

1．3．3 工程实例

1．4 研究的必要性

1．5 本文主要研究内容

参考文献

第二章 PC梁的非线性有限元分析模型

2．1 引言

2．2 OpenSees的简介

2．3 PC梁的数值分析模型

2．3．1 预应力作用的模拟

2．3．2 纤维模型

2．3．3 材料本构关系

2．3．4 有限元模型的建立

2．3．5 试验验证

2．4 本章小结

参考文献

第三章 预应力度对PC梁的抗震性能的影响研究

3．1 引言

3．2 PC梁的设计

3．3 不同预应力度PC梁的抗震性能分析

3．3．1 滞回曲线

3．3．2 骨架曲线

3．3．3 延性分析

3．3．4 刚度退化

3．3．5 耗能能力

3．4 本章小结

参考文献

第四章 裂缝控制等级对PC梁抗震性能的影响研究

4．1 引言

4．2 裂缝的控制及计算理论

4．2．1 裂缝的控制

4．2．2 裂缝计算理论

4．2．3 部分PC构件的裂缝控制方法

4．3 不同裂缝控制等级下PC梁的设计

4．4 不同裂缝控制等级下PC梁的抗震性能分析

4．4．1 滞回曲线

4．4．2 骨架曲线

4．4．3 延性分析

4．4．4 刚度退化

4．4．5 耗能能力

4．5 本章小结

参考文献

第五章 预应力度和裂缝控制等级对PC框架抗震能力的影响研究

5．1 引言

5．2 静力弹塑性分析方法简介

5．2．1 静力弹塑性方法的基本原理和实施步骤

5．2．2 SAP2000在静力弹塑性方面的应用

5．3 PC框架设计

5．3．1 PC结构设计流程

5．3．2 不同预应力度PC框架设计

5．3．3 不同裂缝控制等级PC框架的设计

5．4 基于SAP2000的PC框架的有限元分析

5．4．1 预应力的处理

5．4．2 基于SAP2000的塑性铰单元

5．4．3 塑性铰属性的求解

5．5 PC框架结构静力弹塑性分析

5．5．1 框架基底剪力-顶点位移曲线

5．5．2 塑性铰分布情况

5．5．3 性能点的获取及层间位移角

5．5．4 预应力度对PC框架抗震能力的影响

5．5．5 裂缝控制等级对PC框架抗震能力的影响

5．6 改进后的PC框架结构及其抗震能力

5．6．1 Pushover曲线

5．6．2 塑性铰分布情况

5．7 本章小结

参考文献

6．1 结论

6．2 展望

作者在攻读硕士期间论文发表情况

致谢