摩擦耗能型PEC柱（柱弱轴）-钢梁连接合框架层间抗震机理研究

摘要

钢构件-混凝土组合结构兼具钢结构和钢筋混凝土结构的特性，通过严谨的设计计算能使这种结构充分发挥钢材抗拉强度高、塑性好和混凝土抗压性能好的特点，使这种组合结构兼备了截面面积小、承载能力和刚度高、抗震性能好、施工速度快、耐火性和耐腐蚀性好的多种优点。
　　摩擦耗能型PEC柱（柱弱轴）-钢梁连接组合框架就是在这种背景下诞生的结构形式:自复位结构(Self-Centering Structure，简称SC结构)属于延性结构，具有良好的抗震性能，在遭遇设计地震作用时，能通过自动复位有效减小层间残余侧移;新型卷边PEC柱是用薄壁钢板焊接成H型钢框架，并在翼缘设置一定长度的卷边并在卷边上按设计尺寸焊接拉结板条，之后在钢框架内部浇砼后形成的新型的组合结构柱，有着尺寸限制小、水平抗侧刚度高、抗震延性好的优点;本文的自复位结构体系就是把SC结构和新型卷边PEC柱通过高强螺杆和辅助耗能连接元件装配成整体，使它们协同作用发挥各自的优点。
　　由于学校结构实验室对于本课题的试验安排滞后，所以本文用有限元软件ABAQUS6.13以1∶2缩尺比例制作两层单跨摩擦耗能型PEC柱（柱弱轴）-钢梁连接组合框架的模型，并采用因素分析法改变高强预拉螺杆初始预应力值、摩擦T形连接件腹板长圆孔的开孔长度、高强预拉螺杆的长度、摩擦力、新型卷边PEC柱顶竖向力等设计参数制作了两大类共9个模拟试件，并分析设计参数对摩擦耗能型PEC柱（柱弱轴）-钢梁连接组合框架的抗震性能的影响规律，通过研究可知:增大高强螺栓的初始预应力可以提高试件的自复位功效;改变T形件腹板的开孔长度可以灵活控制试件进入承压型传力模式的进程;预应力筋的长度对结构的塑性发展有较大影响;增加T形件的摩擦系数会相应提高试件耗能能力;新型卷边PEC柱的二阶效应对结构整体的抗震性能没有较大影响。
　　本文从模型试件的承载力、连接性能、耗能能力、抗倒塌机理和自复位功效等方面比较全面地剖析了摩擦耗能型PEC柱（柱弱轴）-钢梁连接组合框架的抗震性能，其研究的成果将为日后的试验和工程应用做好理论铺垫。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外关于自复位结构体系相关研究

1．2．1 自复位结构设计思路及相关结构性能研究

1．2．2 PEC柱的国内外研究现状

1．3 国内外文献综述

1．4 本课题创新点

1．5 本文研究的主要内容

第二章 摩擦耗能型PEC柱(柱弱轴)-钢梁连接组合框架的试件设计

2．1 设计思路

2．2 设计方法

2．3 试件概况

2．4 加载方案

2．5 本章小结

3．1 引言

3．2 有限元模型的创建

3．2．1 模型的几何尺寸

3．2．2 材料本构

3．2．3 单元的选取

3．2．4 定义接触面参数

3．2．5 定义约束和边界条件

3．2．6 划分网格

3．2．7 施加预应力

3．2．8 分析步和加载方案

3．3 数据提取方法

3．4 本章小结

第四章 摩擦耗能型PEC柱(柱弱轴)-钢梁连接组合框架有限元模拟分析

4．1 模型试件设计

4．2 加载方案

4．3 D型试件抗震性能

4．3．1 模拟现象描述

4．3．2 荷载-相对侧移滞回曲线

4．3．3 节点弯矩-转角滞回曲线

4．3．4 节点耗能曲线分析

4．3．5 残余转角分析

4．4 S型试件抗震性能

4．4．1 模拟现象描述

4．4．2 荷载-相对侧移滞回曲线

4．4．3 节点弯矩-转角滞回曲线

4．4．4 节点耗能曲线分析

4．4．5 残余转角分析

4．5 D型试件和S型试件抗震性能对比

4．5．1 D型试件和S型试件滞回曲线特征对比

4．5．2 D型试件和S型试件节点连接耗能对比

4．5．3 D型试件和S型试件残余转角的对比

4．5．4 D型试件和S型试件对比总结

4．6 S型试件各设计参数对比

4．6．1 高强预拉长螺杆初始预应力值对结构抗震性能的影响分析

4．6．2 摩擦T形连接件腹板长圆孔的开孔长度对结构抗震性能的影响分析

4．6．3 高强预拉螺杆的长度对结构抗震性能的影响分析

4．6．4 摩擦力的大小对结构抗震性能的影响分析

4．6．5 新型卷边PEC柱顶竖向力对结构抗震性能的影响分析

4．7 节点受力发展进程

4．8 本章小结

第五章 结论

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

作者简历