预应力混凝土框架梁弹塑性性能的分析模型及程序研制

摘要

预应力混凝土结构在地震区的广泛使用，使得预应力混凝土结构的抗震性能研究显得格外重要。本文在总结前人研究成果的基础上，结合江苏省留学回国人员基金项目《预应力混凝土框架抗震优化程序》，以地震区应用广泛的预应力混凝土框架为研究对象，结合课题组前期所做预应力混凝土构件低周反复荷载试验成果，对预应力混凝土框架梁在循环荷载作用下的弹塑性变形特性进行深入研究，建立相应的力学分析模型和计算机分析程序。主要研究工作如下： 1、根据应变协调理论和力的平衡原理，考虑配箍率对混凝土应力-应变曲线的影响以及截面受压区应力-应变图形简化特征，提出预应力混凝土梁截面弯矩-曲率骨架全曲线的分段计算方法；参考预应力混凝土梁的试验数据，合理确定模型参数，编制构件截面的弯矩-曲率骨架全曲线分析程序FMPHIP。 2、在归纳国内外普通钢筋混凝土梁和预应力钢筋混凝土梁塑性铰区长度研究成果基础上，结合本课题组前期试验成果，利用计算机程序FMPHIP进行分析模拟，研究预应力混凝土梁在极限状态下塑性铰区长度与预应力度、配箍率及构件截面有效高度之间的关系，提出预应力混凝土梁等效塑性铰区长度计算简化公式，为结构的延性设计以及构件试验的塑性铰区设置提供了有效的分析参考。 3、在本课题组前期预应力混凝土梁低周反复荷载试验的基础上，研究构件弯矩-曲率(M-())滞回曲线和荷载-位移(P-△)滞回曲线之间的相关性，提出了利用已知的荷载-位移滞回曲线整理和完善弯矩-曲率滞回曲线的实用方法，为建立以弯矩-曲率滞回曲线为基本参数的、预应力混凝土构件损伤特征分析模型奠定了数据基础。 4、利用整理分析得到的预应力混凝土梁弯矩-曲率滞回曲线，对构件在循环荷载作用下刚度退化规律进行数学归纳，考虑构件刚度退化与预应力度、荷载历程的关系，根据试验成果进行拟合分析，得到预应力混凝土构件在不同荷载历程下刚度退化分析模型。在此基础上，参考SARCF(Seismic Analysis of Reinforced Concrete Frame)的编程理念，编制了预应力混凝土框架梁滞回特性分析程序SLOPE，为进一步研制预应力混凝土框架抗震分析程序SAPCE(Seismic Analysis of Prestressed Concrete Frame)做出了贡献。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1论文研究意义

1.2国内外恢复力模型研究现状

1.2.1材料应力-应变滞回关系研究现状

1.2.2预应力混凝土结构恢复力模型研究现状

1.2.3预应力混凝土结构恢复力模型研究存在问题

1.3预应力混凝土结构优化设计研究现状

1.4论文研究内容

2预应力混凝土梁弯矩-曲率全曲线理论分析及程序研制

2.1弯矩-曲率全曲线研究意义及研究内容

2.2基本假定与材料本构模型

2.2.1基本假定

2.2.2材料本构模型

2.3弯矩-曲率全曲线的分析方法

2.3.1简化曲线的特征及控制点

2.3.2基于截面应变协调和力的平衡分析

2.3.3截面中性轴高度的计算机求解

2.4弯矩-曲率曲线模拟流程图

2.5程序计算结果与试验结果的对比分析

2.5.1程序计算结果与本课题组试验结果的对比

2.5.2程序计算结果与“迭代法”理论计算结果的对比

2.5.3程序计算结果与高性能预应力混凝土结构试验结果的对比

2.5.4结果分析

3预应力混凝土梁塑性铰区长度研究

3.1混凝土结构塑性铰区长度研究意义

3.2国内外研究现状

3.2.1塑性铰区长度计算理论的研究现状

3.2.2塑性铰区长度计算经验公式的研究现状

3.3预应力混凝土梁塑性铰区长度计算公式研究

3.3.1塑性铰区长度与预应力度的关系研究

3.3.2塑性铰区长度与箍筋约束系数的关系研究

3.3.3预应力混凝土梁塑性铰区长度计算公式的建立

3.4本章小结

4预应力混凝土梁刚度衰减模型建立

4.1恢复力模型研究

4.1.1恢复力模型定义及研究意义

4.1.2本文的恢复力模型研究

4.2实验数据处理

4.3实验结果分析

4.4刚度退化模型建立

4.4.1构件在有规则荷载历程下的刚度退化规律

4.4.2构件在无规则荷载历程下的刚度退化规律

4.4.3刚度退化公式的应用

4.5本章小结

5预应力混凝土框架梁抗震分析子程序SLOPE编制

5.1程序编制意义及基础

5.2关键子程序SLOPE的编制

5.2.1程序编制基本原理

5.2.2程序求解过程

5.3程序模拟计算结果与试验结果的对比分析

5.4本章小结

6结论与展望

6.1主要研究成果和结论

6.2需要进一步研究的问题

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文