后张预应力混凝土摇摆墙抗震性能试验研究

发布时间：2020-04-10 00:59

【摘要】：混凝土剪力墙可相对经济地组成结构抗震体系,且便于实现抗震措施。在国内外历次破坏性地震中,为保障生命和财产安全起到了至关重要的作用。当前在抗震设防区,特别是高烈度区普遍采用的混凝土剪力墙是通过其所能提供的承载能力来满足常遇地震下承载能力极限状态的要求,并通过变形能力保障罕遇地震作用下的防倒塌要求,这种以结构能力作为主要判据的传统设计理念在本质上允许结构构件进入非线性到一定程度,并使结构特定部位在地震中率先发生破坏来耗散输入结构的地震能量。虽然这种设计方法可以较好的控制建筑物的倒塌,但由于构件截面塑性的过度发展,往往会使建筑物产生较大的损伤,震后修复难度大,由此导致的间接损失严重。因此越来越多的学者开始关注并开发新的解决方案,以实现大震后结构功能的快速恢复。预应力混凝土摇摆墙是一种比较新的结构形式,其特点是墙片节点约束被释放,且沿墙高通长布置并后张无粘结预应力筋。当发生大震时,在墙片节点处形成独特的界面摇摆机制,通过摇摆界面的张合效应来削弱结构地震响应。有效促进了震后结构功能的快速恢复。本文设计并制作了3片后张无粘结预应力摇摆墙,以初始预应力的大小和预应力筋的数量作为主要参数,通过试验和模拟相结合的方法,研究了预应力摇摆墙在低周反复荷载下的滞回性能,分析了结构的滞回曲线、骨架曲线、残余变形、刚度退化、单圈耗能、累积耗能等,并对比分析了初始预应力的大小以及预应力筋的数量对上述指标的影响。结果表明:预应力混凝土摇摆墙的残余变形小,自复位能力强,同时耗能能力较差;增大初始预应力可使预应力摇摆墙的弹性刚度增大,但对其极限承载力几乎没有影响;增加预应力筋的数量可使墙体的刚度和承载力都得到明显提高;初始预应力的大小以及预应力筋的数量对预应力摇摆墙的耗能能力没有影响。通过有限元数值模拟的方法研究了预应力混凝土摇摆墙与基础的摇摆碰撞特性。结果表明,初始预应力的大小主要对预应力摇摆墙的振动周期产生影响;墙体的高宽比对其摇摆振动特性影响较大,高宽比较小的墙震动衰减速度明显加快。最后本文提出了一种通过作图法计算墙体与基础碰撞耗能的方法。
【图文】：

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c) 弯曲破坏 d) 墙趾破碎图 1-1 混凝土剪力墙常见的地震损伤情况.1.3 自复位摇摆墙的概念及受力特点关于摇摆结构的研究大多来自于 Housner[8]关于地震中水槽结构摇摆特性的。1960 年智利发生了 Mw9.5 级地震，此次地震造成了大量房屋倒塌，然而一槽结构由于基础薄弱而发生了摇摆运动，因此免遭破坏。针对这类结构 Hous 1963 年建立了一个摇摆质量块模型（图 1-2 所示），并分析了其在不同受力状的响应。Housner 关于摇摆结构的研究引起了各国学者的关注，摇摆结构也逐为一个热点研究问题。20 世纪 90 年代，美日学者提出了一种新的预制装配式结构体系——自复位体系[9]，该体系将预应力技术与装配式结构体系相结合，，提高了传统装配式结抗震性能。研究表明，该结构体系能有效的控制结构震损，提高结构震后恢复，且具有较好的经济效益[10-11]。

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图 1-2 摇摆质量块模型图 1-3 自复位摇摆剪力墙后张预应力混凝土摇摆墙作为自复位结构的一种，其特点是在墙片与基础之及墙片与墙片之间形成接缝，在接缝位置处无普通钢筋贯通，仅通过施加预应方式将各结构单元约束为一个整体。当发生地震时，结构在接缝位置处产生独界面摇摆机制，通过摇摆界面的张开与闭合来削弱结构地震响应，界面处墙体生压应力而没有拉应力，充分发挥了混凝土材料受压而不受拉的特性；当地震时，在预应力和重力的共同作用下墙体将回到原来的位置。预制混凝土墙与后粘结预应力筋的结合，使得摇摆墙系统在经历较大水平侧移时仅产生较小的，预应力筋在设计级地震中将保持弹性，其提供的恢复力提高了摇摆墙系统的覆能力，与传统钢筋混凝土剪力墙相比，自复位摇摆墙的震后残余变形小，可能力强，但同时其耗能能力有限，典型的自复位摇摆墙的结构形式如图 1-3 所12]。2 国内外研究现状
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU352.11;TU378

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