含格構化體系柱的鋼筋混凝土框架結構的抗震性能研究中文摘要

近年頻發(fā)的地震給我國及世界各國造成了巨大的生命財產(chǎn)損失，其中最大的威脅來自建筑物的倒塌。而鋼筋混凝土框架結構倒塌的一個重要原因是沒有實現(xiàn)預期的強柱弱梁梁鉸屈服機制。對此，國內外許多學者的研究都指出需要增大柱的截面。但這會大大增加建筑造價并影響使用功能，且不一定能實現(xiàn)強柱弱梁。本項目在現(xiàn)有研究基礎上提出了一種含格構化體系柱的鋼筋混凝土框架結構，其特征在于利用柱距小且加有支撐的結構形成格構化體系柱。這種格構化體系柱具有良好的整體性，剛度和強度大，能使強震中梁端先出現(xiàn)塑性鉸的概率得到很大的提高，大大增強整體結構的冗余性和抗震能力。這種結構只需增加少量支撐，不影響建筑的使用功能，并且在大震后只要修復部分破壞的弱構件，具有可觀的經(jīng)濟性。本項目將通過擬靜力試驗及數(shù)值分析來研究這種新型結構體系的抗震性能及抗倒塌能力，并揭示其在弱構件破壞后整體結構的抗震性能，提出其基于性能的抗震設計方法。

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

以鋼管混凝土格構柱軸壓、偏壓試驗研究為主，配合進行鋼管混凝土桁梁受彎試驗以及空鋼管格構柱對比試驗，進行鋼管混凝土格構柱非線性有限元分析，對其極限承載力進行參數(shù)分析和理論分析，提出鋼管混凝土格構柱極限承載力的簡化計算方法。進行鋼管混凝土格構柱柱肢節(jié)點處設置內栓釘與否與不同設置的對比試驗，研究柱肢節(jié)點處的鋼管與管內混凝土的傳力機理及整體受力的影響，分析內栓釘?shù)淖饔门c合理布置方式。本項目的研究將在于填補

預制節(jié)段拼裝混凝土施工技術相對傳統(tǒng)的現(xiàn)澆施工技術具有明顯的優(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高地震危險區(qū)域橋梁建造中的應用，為此，本項目開展了節(jié)段拼裝預應力混凝土橋梁結構體系的抗震性能研究。主要研究內容有：1）針對我國節(jié)段拼裝預應力混凝土連續(xù)梁橋和連續(xù)鋼構橋主梁的構造特點，開展節(jié)段主梁大比例尺模型的擬靜力試驗，研究主梁延性變形、耗能能力、及拼裝接縫的滯回特性、裂縫逐步開展情況和主梁最終破壞機理；同時開展了新型構造措施下預制立柱的抗震性能試驗研究；2）研究能正確描述預制節(jié)段拼裝橋梁主要抗震力學行為的理論數(shù)值分析模型和計算方法，并與試驗結果進行校核；3）以典型的節(jié)段拼裝預應力混凝土橋梁結構實例為背景，建立數(shù)值分析模型，研究節(jié)段拼裝預應力混凝土橋梁體系的抗震性能。主要成果有：1）節(jié)段拼裝預應力混凝土主梁的擬靜力試驗表明，在體內和體外預應力筋合理布置下，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、閉合對節(jié)段梁的力學行為有影響，接縫的相對滑動僅在節(jié)段梁接近完全破壞時有一定的影響；新型連接構造的預制拼裝橋墩具有良好的抗震性能，可以滿足預期使用要求；2）通過建立的數(shù)值有限元模型對試驗試件的分析比較，表明分析模型可以較好的模擬主要力學行為，但節(jié)段主梁三維實體分析有限元模型在反復荷載作用下，尚不能完全考慮各種非線性因素，收斂不容易保證；3）對四跨節(jié)段拼裝預應力混凝土連續(xù)梁橋開展抗震性能的初步分析研究表明，采用有、無粘結預應力筋預制拼裝橋墩的耗能主要通過接縫處混凝土的壓碎以及有粘結預應力筋的塑性變形來耗能，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??；隨著加速度峰值的增大，節(jié)段拼裝主梁接縫的最大張開寬度明顯增大；但是震后的接縫殘余張開寬度很小，表明無粘結預應力筋的自復位能力可以保證主梁震后使用性能。通過本項目的試驗和數(shù)值分析研究，初步掌握了節(jié)段拼裝預應力混凝土梁橋結構體系的抗震性能及影響因素，為預制節(jié)段拼裝混凝土橋在我國高地震危險地區(qū)的應用提供了可靠的分析方法和連接構造等資料。 2100433B