新型全预制装配式框架体系研究

摘要

近年来预制装配式混凝土结构已经逐步作为一种重要的建筑结构体系，越来越受到人们的关注。预制装配式建筑体系多数采用湿式连接，其工业化程度不高，不利于构件的标准化生产。目前，装配式框架结构的干式刚性连接节点构造较少，可靠性较差，抗震性能有待提高;在预制装配式框架的研究方面比较落后，需要进行大量的系统研究。本文在搜集整理国内外装配式框架结构及节点连接相关资料基础之上，对新型干式梁柱节点、新型干式柱柱节点及新型全预制装配式框架进行了试验研究、有限元分析和探讨。主要内容如下:
　　全预制混凝土框架结构的应用与推广要求必须进行较为合理的预制构件单元的确定。本文对该结构体系预制构件的拆分原则进行了探讨，提出了六种预制单元的拆分方式，即该体系的拆分设计方案;对提出的六种基本拆分方案进行经济性、便捷性等方面的对比分析。主要对比项目为预制构件数量、连接接头数量等量化指标，以及构件的形式、连接所处的位置、节点是否为预制、是否便于运输、是否便于现场定位安装等定性指标。
　　对现有的梁柱及柱-柱干式连接节点展开了讨论，并对每种节点连接型式进行了对比分析，找出其优缺点。在此基础上，分别提出了新型梁柱节点干式连接的构造思路以及柱-柱节点干式连接的构造思路。根据这些构造思路，分别提出了新型干式梁柱连接节点的主要连接型式及新型柱-柱干式连接节点的连接型式。
　　本文进行了3个新型干式预制混凝土梁柱构件拼装节点与1个整浇混凝土梁柱节点的对比试验。结合试验过程，给出了具体的加工制作及组合拼装的方式及施工工艺，包含了预制梁柱节点的养护制作、运输吊装、现场拼接等施工顺序，可为实际工程的应用提供有益的参考。
　　通过试验发现预制构件的梁端极限承载力及耗能性能可以实现不低于整体现浇的混凝土梁柱节点。同时，试验表明采用新型干式梁柱连接节点可使预制拼装后的整体构件取得较好的延性性能。预制构件的拼装方式可以延缓混凝土构件上裂缝的开展，并延迟了梁构件的屈服。
　　本文进行了4个采用新型干式连接方式的预制柱与2个现浇混凝土对比柱的试验研究。研究表明，在相同的尺寸和相同的配筋率条件下，新型全装配式干式齿槽连接框架柱具有较高的承载力和较好的抗震性能，柱两端出现塑性铰。同时，试验中的平口连接柱、一齿连接柱和二齿连接柱三者的受力性能相似，都具有较好的承载力和耗能能力，刚度退化情况相近。
　　利用IDARC软件对采用新型干式连接的预制混凝土柱试验进行了较好的模拟。并在此基础上，根据轴压比、混凝土强度、纵筋配筋率、箍筋体积配箍率、连接盖板的厚度、剪跨比等影响因素对新型干式连接预制柱的抗震性能进行了参数化分析。
　　对一榀新型全预制装配式混凝土框架及1榀整浇混凝土对比框架进行了试验研究，2榀框架均为单跨双层平面框架，用以了解新型全预制装配式混凝土框架结构的整体受力情况。通过试验结果的对比发现全预制装配式混凝土框架的开裂荷载、屈服荷载、极限荷载、破坏荷载值均不低于现浇式混凝土框架，结构抗震性能较好。根据试验过程，提出了全预制装配式框架结构的施工工序，为今后的实际工程应用提供了必要的参考。
　　应用有限元软件IDARC对实验中的新型全预制装配式混凝土框架及现浇混凝土对比框架进行了模拟，计算数据与试验结果吻合较好，并对影响该结构体系抗震性能的若干参数进行了模拟分析，得出了有益的结论。
　　通过有限元软件Midas Gen对实际工程中常用模数的新型预制装配式钢筋混凝土框架结构进行静力弹塑性分析，并与现浇钢筋混凝土框架进行对比，分析比较两种框架体系的抗震性能。在顶点控制位移相同条件下，对两种框架体系的构件内力进行了详细对比，及两种框架体系中的不同部位的重要竖向构件的受力情况进行对比分析。同时，对该体系在地震作用下所产生的弹塑性破坏情况作出推测，并对其抗震性能进行评估，为该体系的抗震性能设计提供相应的参考。
　　最后，对本文所研究的内容进行了总结，提出了该体系设计建议及施工建议。同时，提出了本文的不足之处，对该体系的发展提出了展望。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 预制装配式混凝土结构国内外研究概况

1．3 预制装配式混凝土框架结构体系国内外研究概况

1．4 问题的提出

1．5 本文的主要研究内容

第二章 新型全预制装配式框架拆分方案及新型干式连接方法探讨

2．1 新型全预制装配式框架预制构件的拆分方案

2．1．1 全预制装配式框架构件拆分原则探讨

2．1．2 节点、梁、柱构件预制单元的确定

2．1．3 全预制装配式框架构件拆分方式

2．1．4 预制构件拆分方式的分析比较

2．2 新型全预制装配式框架的梁柱节点

2．2．1 干式梁柱节点概况

2．2．2 新型梁柱干式连接节点的构造思路

2．2．3 新型梁柱干式连接节点的连接型式

2．3 新型全预制装配式框架的柱—柱节点

2．3．1 干式柱—柱连接节点概况

2．3．2 新型柱—柱干式连接节点的构造思路

2．3．3 新型柱—柱干式连接节点的连接型式

2．4 本章小结

第三章 新型全预制装配式框架节点低周反复加载试验

3．1 试验目的

3．2 试验概况

3．2．1 试件设计

3．2．2 试件制作与拼装

3．2．3 材料力学性能

3．2．4 加载装置与加载制度

3．2．5 测量仪器及测量内容

3．3 试验过程及试验现象

3．3．1 现浇试件J1

3．3．2 预制试件J2

3．3．3 预制试件J3

3．3．4 预制试件J4

3．4 试验结果分析

3．4．1 实验结果汇总表

3．4．2 滞回曲线与骨架曲线

3．4．3 延性与变形恢复能力

3．4．4 梁端塑性铰区曲率

3．4．5 刚度退化

3．4．6 耗能能力

3．4．7 钢筋应变分析

3．4．8 节点核心区剪切角

3．5 本章小结

第四章 新型装配式干式连接框架柱抗震性能研究

4．1 试验内容

4．1．1 材性、试件

4．1．2 试验装置与测试设备

4．1．3 试验测试内容

4．1．4 试件试验现象描述

4．2 试验结果分析

4．2．1 柱端塑性铰区的转动

4．2．2 试件滞回曲线和骨架曲线

4．2．3 开裂荷载、极限荷载及延性系数

4．2．4 等效粘滞阻尼系数

4．2．5 构件刚度退化

4．3 基于IDARC软件的装配式干式连接框架柱滞回性能分析

4．3．1 计算模型的建立

4．3．2 本文选用的材料本构关系

4．3．3 软件计算与试验结果的对比

4．4 预制柱抗震性能的参数分析

4．4．1 轴压比的影响

4．4．2 混凝土强度的影响

4．4．3 纵向钢筋配筋率的影响

4．4．4 箍筋体积配箍率的影响

4．4．5 活动连接盖板厚度的影响

4．4．6 剪跨比的影响

4．5 本章小结

第五章 新型全预制装配式框架结构拟静力试验研究及参数分析

5．1 试验目的

5．2 试验概况

5．2．1 试验设计

5．2．2 试件制作与拼装

5．2．3 材料力学性能

5．2．4 加载装置与加载制度

5．2．5 测量仪器及测量内容

5．3 试验过程及试验现象

5．3．1 整浇试件KJ1

5．3．2 预制装配式试件KJ2

5．4 试验结果分析

5．4．1 各阶段下承载力对比

5．4．2 滞回曲线

5．4．3 骨架曲线

5．4．4 刚度退化

5．4．5 等效粘滞阻尼系数

5．4．6 延性比较

5．5 基于IDARC软件的新型全预制装配式混凝土框架的模拟分析

5．5．1 计算模型建立

5．5．2 材料的本构关系

5．5．3 软件计算与试验结果的对比

5．6 新型全预制装配式混凝土框架抗震性能的参数分析

5．6．1 轴压比的影响

5．6．2 混凝土强度的影响

5．6．3 柱配筋率的影响

5．6．4 楼层层高的影响

5．6．5 连接钢板厚度的影响

5．7 本章小结

第六章 新型全预制装配式混凝土框架结构静力弹塑性分析

6．1 新型全预制混凝土框架及现浇混凝土框架计算模型的建立

6．2 计算结果分析

6．2．1 现浇钢筋混凝土框架计算结果

6．2．2 新型预制装配式钢筋混凝土框架计算结果

6．3 新型全预制混凝土框架与现浇混凝土框架抗震性能对比

6．3．1 两种框架结构体系在Pushover分析过程中的抗震性能对比

6．3．2 两种框架体系的Pushover分析结果对比

6．3．3 两种框架体系的最大层间位移角比较

6．3．4 两种框架体系中相同位置一榀平面框架的受力情况的对比

6．3．5 两种框架体系的层间位移对比

6．3．6 两种框架体系中底层竖向构件的受力情况的对比

6．4 本章小结

第七章 结论及建议

7．1 结论

7．2 设计建议及施工建议

7．2．1 设计建议

7．2．2 施工建议

7．3 需进一步研究的问题

7．4 展望

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文和取得的其他学术成果

致谢