既有预应力混凝土框架结构抗震能力评估及相关问题研究

摘要

预应力混凝土框架结构是我国应用广泛的重要结构形式之一。我国已建或在建的预应力混凝土框架结构大多位于地震区，而其应用历史较短，国内外工程界迄今仍对其抗震能力存在不少争议。因此，对既有预应力混凝土框架结构的抗震能力进行评估，具有重要的意义。本文结合静力弹塑性分析方法对既有预应力混凝土框架结构进行了抗震能力评估，并讨论了适用于这种结构的混合耗能机制及其实现方法。本文主要内容及研究成果如下：
　　 首先，从普通钢筋混凝土框架结构的特点出发，对既有预应力混凝土框架结构在抗震能力方面的特点和存在的问题进行了较为详细的探讨，并进一步讨论了抗裂度和预应力度等关键因素对结构抗震能力的影响。
　　 其次，介绍了静力弹塑性分析方法的基本原理和步骤，就其适用范围和存在的不足以及相应的改进方法进行了探讨，并给出了其在SAP2000中的实现步骤，以此作为对既有预应力混凝土框架结构进行评估的基本方法。
　　 再次，对6榀既有预应力混凝土框架结构进行了Pushover分析。结果表明，既有预应力混凝土框架结构能够抵御相应的罕遇地震作用，然而结构已经形成了整层柱铰，为典型的层间机制。虽然柱铰转动能力尚有富余，但结构已经处于不稳定状态，因此仅仅按照规范对于层间位移角的限值等指标来评价结构的抗震能力并不合理。重力荷载控制设计的预应力混凝土框架结构不能直接套用普通钢筋混凝土框架结构的抗震设计方法，应结合其自身特点设计为合理的混合耗能机制。
　　 最后，结合6榀既有预应力混凝土框架结构的抗震能力评估结果，总结了目前已有的预应力混凝土框架结构抗震设计方法及相关设计建议，根据能力设计方法和基于弹塑性分析的设计方法重新设计了改进的预应力混凝土框架结构，并进行了相应的Pushover分析和抗震能力评估。结果表明，将多层多跨预应力混凝土框架结构设计成混合耗能机制是必要的，也是经济合理的。通过对边柱配筋的加强（加配普通钢筋或对称配置预应力筋）以及对预应力混凝土框架梁预应力度和抗裂度限值要求的放宽，可以实现在罕遇地震作用下的混合耗能机制。对于跨数超过三跨的多跨预应力混凝土框架结构，应对边柱和选择部分中柱进行加强，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

文摘

英文文摘

第一章 绪 论

1.1 概述

1.2 抗震评估研究现状

1.2.1 国外的研究成果

1.2.2 国内的研究成果

1.3 预应力混凝土框架结构抗震研究现状

1.3.1 国外的研究成果

1.3.2 东南大学的研究成果

1.3.3 国内其他单位的研究成果

1.4 研究的必要性

1.5 主要研究内容

第二章 既有预应力混凝土框架结构地震作用下的受力特点及存在的问题

2.1 引言

2.2 框架结构耗能机制及能力设计方法

2.3 既有钢筋混凝土框架结构的特点

2.4 既有预应力混凝土框架的特点、存在的问题及解决方法

2.4.1 既有预应力混凝土框架结构的特点、存在的问题

2.4.2 已有的解决方法

2.4.3 抗裂度与预应力度的进一步讨论

2.5 本章小结

第三章 静力弹塑性分析方法的改进和应用

3.1 引言

3.2 静力弹塑性分析方法

3.2.1 静力弹塑性分析方法的基本理论和实施步骤

3.2.2 目标位移的确定方法

3.3 静力弹塑性分析方法的改进

3.3.1 反应高阶振型影响的侧向荷载分布

3.3.2 反映结构刚度变化的自适应侧向荷载分布

3.3.3 目标位移确定中阻尼比折减方法存在的问题

3.4 静力弹塑性分析方法在SAP2000中的应用

3.4.1 静力弹塑性分析在SAP2000中的一般过程

3.4.2 静力弹塑性分析在SAP2000中的基本假定及终止条件

3.4.3 侧向荷载分布方式的选取

3.5 本章小结

第四章 既有预应力混凝土框架结构抗震能力评估

4.1 引言

4.2 预应力混凝土框架模型参数

4.2.1 设计说明

4.2.2 设计条件及模型参数

4.3 静力弹塑性分析准备

4.3.1 预应力的处理

4.3.2 预应力混凝土结构中塑性铰的设置

4.3.3 塑性铰属性求解

4.4 预应力混凝土框架结构抗震能力分析

4.4.1 情况1的Pushover分析

4.4.2 其余各情况的Pushover分析结果

4.4.3 性能点的获取

4.4.4 抗震能力评价

4.5 本章小结

第五章 提高预应力混凝土框架结构抗震能力设计方法的探讨

5.1 引言

5.2 既有预应力混凝土框架结构抗震能力评价

5.3 预应力混凝土框架结构的抗震设计

5.3.1 预应力混凝土框架结构抗震能力设计方法

5.3.2 多跨预应力混凝土框架结构的耗能机制

5.3.3 受剪承载力的保证及箍筋配置

5.3.4 提高预应力混凝土框架结构抗震能力的设计建议

5.4 改进后的结构及其抗震能力

5.4.1 情况4的改进设计

5.4.2 情况6的改进设计

5.5 预应力混凝土结构静力弹塑性分析相关问题探讨

5.5.1 重力荷载工况和重力二阶效应的考虑

5.5.2 关于Pushover终止条件

5.5.3 塑性铰长度的取法

5.5.4 默认的、自定义和生成的铰

5.5.5 考虑轴力影响的塑性铰设置

5.5.6 约束混凝土模型的考虑

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 建议与展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

致谢