自適應耗能UPPC抗震框架的理論初探及耗能元件設計研究.pdf

1、預應力混凝土框架結構由于具有跨越能力大、受力性能和抗裂抗變形能力好、耐久性高、施工簡便、節(jié)能節(jié)材等優(yōu)點，特別是大跨度多層預應力混凝土結構，使其更多的應用于房屋工程、基礎工程、給排水工程、水利工程、交通運輸工程等中。雖然幾十年來國內(nèi)外諸多學者對預應力結構進行了大量的抗震性能和抗震設計方法的研究，并且在這方面也取得了豐富的成果。但是，由于設計應用于地震區(qū)的預應力結構數(shù)量還較少，經(jīng)歷地震的預應力結構的數(shù)量和震害經(jīng)驗更少、還須積累更多的工程經(jīng)驗

2、和更深入的研究。另外，根據(jù)現(xiàn)有規(guī)范設計的預應力框架結構因框架梁配筋超強使框架不易形成強柱弱梁的梁鉸耗能機制，因而對其能否在地震區(qū)大力推廣運用問題一直是工程界的爭議和研究熱點。同時，對于如何發(fā)揮預應力結構的優(yōu)點和克服其缺點，如何采取更先進有效的技術提高和改善預應力結構的抗震性能等也是值得迸一步研究的課題。
　　本文提出一種新型的自適應耗能無粘結部分預應力混凝土(UPPC)抗震框架結構。該框架主要特點為在UPPC框架中合理設置自適應耗

3、能元件，并進行深入研究其來改善UPPC框架的抗震性能。擬通過研究設置自適應耗能元件調(diào)減罕遇地震作用下無粘結預應力筋的應力來減少預應力梁的抗彎承載力，促使UPPC框架結構在罕遇地震下梁先于柱出現(xiàn)塑性鉸，實現(xiàn)梁鉸側移機制。本文探討了自適應耗能UPPC抗震框架的耗能機理，進而對自適應耗能元件進行設計和試驗研究。主要研究工作及結論如下:
　　1)探討自適應耗能UPPC抗震框架的耗能機理，主要是如何實現(xiàn)梁鉸耗能機制:通過定位鋼筋和箍筋將自適

4、應耗能元件設置于無粘結預應力筋的轉向處。小震和中震情況下耗能元件處于休眠狀態(tài)，預應力框架梁正常工作;罕遇地震下，當預應力筋對耗能元件的作用大于閾值，則耗能元件啟動并按設計要求發(fā)生變形以減小預應力筋的應力達到減小預應力框架梁的承載能力的效果，從而使梁鉸先于柱鉸出現(xiàn)實現(xiàn)梁鉸機制。
　　2)給出自適應耗能元件的基本構造與組裝工藝流程。對自適應耗能元件進行概念設計，對耗能元件中有限變形盒設計時所涉及參數(shù)對耗能元件的功能和性質(zhì)要求的影響進行

5、分析，為各種預應力框架梁中耗能元件的參數(shù)優(yōu)化設計提供參考建議。
　　3)有限變形盒主要是由鑄鐵和碳纖維材料這兩種材料構成，通過試驗對由鑄鐵和碳纖維材料構成的試件進行力學性能研究以及參數(shù)分析，其次基于試驗的前提下，給出有限變形盒的承載力計算方法。
　　4)通過有限元分析軟件ABAQUS建立純鑄鐵、鑄鐵底部粘貼碳纖維布、鑄鐵底部粘貼碳纖維板三種類型的試驗研究模型，并對所建試驗模型進行了跨中荷載-位移曲線模擬分析，對比分析模擬值與

6、試驗值之間的差異及產(chǎn)生原因，就有限元軟件分析對鑄鐵底部粘貼碳纖維材料的受彎性能的可行性做了初步驗證。
　　5)研究了有限變形盒破壞時閾值的確定方法、耗能元件的布置以及驗證耗能元件應用的可行性，主要是運用SAP2000軟件對罕遇地震作用下一預應力框架梁中采用折線形無粘結預應力筋布置形式的預應力框架結構進行彈塑性動力分析。首先給出未布置耗能元件的UPPC框架進行抗震性能評價，為耗能元件的合理布置研究作鋪墊;其次研究罕遇地震下該框架中所