含格構(gòu)化體系柱的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震性能研究

近年來(lái)地震頻發(fā)，框架結(jié)構(gòu)作為最常用的結(jié)構(gòu)形式在地震中的經(jīng)歷了嚴(yán)重的震害。目前在我國(guó)廣泛應(yīng)用的框架結(jié)構(gòu)存在以下不足：梁柱間距較為稀疏、板對(duì)梁的加強(qiáng)作用使得“強(qiáng)柱弱梁”機(jī)制難以實(shí)現(xiàn)，冗余度不足致使結(jié)構(gòu)容易發(fā)生連續(xù)性倒塌。針對(duì)傳統(tǒng)框架的上述缺點(diǎn)，提出了一種含格構(gòu)化體系柱的鋼筋混凝土（RC）框架結(jié)構(gòu)，其由格構(gòu)化體系柱和鋼筋混凝土梁、板組成，格構(gòu)柱中的支撐增加了結(jié)構(gòu)的冗余度，在變形過(guò)程中耗能優(yōu)先破壞，使得剩余結(jié)構(gòu)具有二次承載力。格構(gòu)化體系柱作為“強(qiáng)柱”，確保了“強(qiáng)柱弱梁”機(jī)制的實(shí)現(xiàn)。本項(xiàng)目的試驗(yàn)部分包括：（1）對(duì)7個(gè)不同形式的格構(gòu)化體系柱的低周反復(fù)荷載試驗(yàn) ；（2）對(duì)3個(gè)含不同形式格構(gòu)化體系柱的框架結(jié)構(gòu)的低周反復(fù)試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)獲取了含格構(gòu)化體系柱的框架結(jié)構(gòu)的抗震性能、在支撐退出工作后的后期承載力，總結(jié)了利用格構(gòu)化體系柱增強(qiáng)框架結(jié)構(gòu)抗震性能的一般方法；采用有限元軟件對(duì)框架模型進(jìn)行分析，得到結(jié)構(gòu)的破壞規(guī)律與試件試驗(yàn)結(jié)果基本保持一致性，驗(yàn)證了理論的正確性；提出了一種基于構(gòu)件重要性和易損性的魯棒性系數(shù)，在其基礎(chǔ)上建立魯棒性理論為今后的研究提供試驗(yàn)及理論依據(jù)，并對(duì)實(shí)際工程起到了一定作用。

近年頻發(fā)的地震給我國(guó)及世界各國(guó)造成了巨大的生命財(cái)產(chǎn)損失，其中最大的威脅來(lái)自建筑物的倒塌。而鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)倒塌的一個(gè)重要原因是沒(méi)有實(shí)現(xiàn)預(yù)期的強(qiáng)柱弱梁梁鉸屈服機(jī)制。對(duì)此，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者的研究都指出需要增大柱的截面。但這會(huì)大大增加建筑造價(jià)并影響使用功能，且不一定能實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁。本項(xiàng)目在現(xiàn)有研究基礎(chǔ)上提出了一種含格構(gòu)化體系柱的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，其特征在于利用柱距小且加有支撐的結(jié)構(gòu)形成格構(gòu)化體系柱。這種格構(gòu)化體系柱具有良好的整體性，剛度和強(qiáng)度大，能使強(qiáng)震中梁端先出現(xiàn)塑性鉸的概率得到很大的提高，大大增強(qiáng)整體結(jié)構(gòu)的冗余性和抗震能力。這種結(jié)構(gòu)只需增加少量支撐，不影響建筑的使用功能，并且在大震后只要修復(fù)部分破壞的弱構(gòu)件，具有可觀的經(jīng)濟(jì)性。本項(xiàng)目將通過(guò)擬靜力試驗(yàn)及數(shù)值分析來(lái)研究這種新型結(jié)構(gòu)體系的抗震性能及抗倒塌能力，并揭示其在弱構(gòu)件破壞后整體結(jié)構(gòu)的抗震性能，提出其基于性能的抗震設(shè)計(jì)方法。

以鋼管混凝土格構(gòu)柱軸壓、偏壓試驗(yàn)研究為主，配合進(jìn)行鋼管混凝土桁梁受彎試驗(yàn)以及空鋼管格構(gòu)柱對(duì)比試驗(yàn)，進(jìn)行鋼管混凝土格構(gòu)柱非線性有限元分析，對(duì)其極限承載力進(jìn)行參數(shù)分析和理論分析，提出鋼管混凝土格構(gòu)柱極限承載力的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。進(jìn)行鋼管混凝土格構(gòu)柱柱肢節(jié)點(diǎn)處設(shè)置內(nèi)栓釘與否與不同設(shè)置的對(duì)比試驗(yàn)，研究柱肢節(jié)點(diǎn)處的鋼管與管內(nèi)混凝土的傳力機(jī)理及整體受力的影響，分析內(nèi)栓釘?shù)淖饔门c合理布置方式。本項(xiàng)目的研究將在于填補(bǔ)

預(yù)制節(jié)段拼裝混凝土施工技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工技術(shù)具有明顯的優(yōu)越性，采用節(jié)段拼裝施工建造的橋梁的抗震性能信息缺乏阻礙了其在我國(guó)高地震危險(xiǎn)區(qū)域橋梁建造中的應(yīng)用，為此，本項(xiàng)目開(kāi)展了節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)體系的抗震性能研究。主要研究?jī)?nèi)容有：1）針對(duì)我國(guó)節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋和連續(xù)鋼構(gòu)橋主梁的構(gòu)造特點(diǎn)，開(kāi)展節(jié)段主梁大比例尺模型的擬靜力試驗(yàn)，研究主梁延性變形、耗能能力、及拼裝接縫的滯回特性、裂縫逐步開(kāi)展情況和主梁最終破壞機(jī)理；同時(shí)開(kāi)展了新型構(gòu)造措施下預(yù)制立柱的抗震性能試驗(yàn)研究；2）研究能正確描述預(yù)制節(jié)段拼裝橋梁主要抗震力學(xué)行為的理論數(shù)值分析模型和計(jì)算方法，并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校核；3）以典型的節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁結(jié)構(gòu)實(shí)例為背景，建立數(shù)值分析模型，研究節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁體系的抗震性能。主要成果有：1）節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土主梁的擬靜力試驗(yàn)表明，在體內(nèi)和體外預(yù)應(yīng)力筋合理布置下，其具有較好的延性變形能力，但耗能能力較弱，拼接縫的張開(kāi)、閉合對(duì)節(jié)段梁的力學(xué)行為有影響，接縫的相對(duì)滑動(dòng)僅在節(jié)段梁接近完全破壞時(shí)有一定的影響；新型連接構(gòu)造的預(yù)制拼裝橋墩具有良好的抗震性能，可以滿足預(yù)期使用要求；2）通過(guò)建立的數(shù)值有限元模型對(duì)試驗(yàn)試件的分析比較，表明分析模型可以較好的模擬主要力學(xué)行為，但節(jié)段主梁三維實(shí)體分析有限元模型在反復(fù)荷載作用下，尚不能完全考慮各種非線性因素，收斂不容易保證；3）對(duì)四跨節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋開(kāi)展抗震性能的初步分析研究表明，采用有、無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋預(yù)制拼裝橋墩的耗能主要通過(guò)接縫處混凝土的壓碎以及有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的塑性變形來(lái)耗能，耗能能力小于普通混凝土橋墩，但節(jié)段拼裝橋墩震后殘余位移較?。浑S著加速度峰值的增大，節(jié)段拼裝主梁接縫的最大張開(kāi)寬度明顯增大；但是震后的接縫殘余張開(kāi)寬度很小，表明無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的自復(fù)位能力可以保證主梁震后使用性能。通過(guò)本項(xiàng)目的試驗(yàn)和數(shù)值分析研究，初步掌握了節(jié)段拼裝預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋結(jié)構(gòu)體系的抗震性能及影響因素，為預(yù)制節(jié)段拼裝混凝土橋在我國(guó)高地震危險(xiǎn)地區(qū)的應(yīng)用提供了可靠的分析方法和連接構(gòu)造等資料。 2100433B