预制预应力桁架式钢骨混凝土门式框架抗震性能研究

发布时间：2020-08-12 13:29

【摘要】：本文结合预应力钢骨混凝土结构跨度大、承载力高以及截面尺寸小等优点,以提高框架结构的抗震性能为目标,提出一种新型的预制预应力桁架式钢骨混凝土框架结构,并对其进行了相关的试验研究及理论计算分析。预制预应力桁架式钢骨混凝土结构中的桁架式钢骨是由弦杆、腹杆、节点板等钢构件通过焊接的方式连接成的一个整体,并在大跨结构或重载荷结构中施加适当的预应力,就形成了预制预应力桁架式钢骨混凝土结构,其可应用于工业厂房、住宅及桥梁等绝大多数结构体系中。本文主要完成了以下几点工作:(1)进行了两榀桁架式钢骨混凝土门式框架试件在水平低周循环往复荷载作用下的抗震性能试验研究,并观察试验过程及破坏形态,研究试件在试验中的滞回特性、骨架曲线、刚度退化、耗能能力、残余变形等抗震性能,同时对梁端与柱脚的弦杆角钢和斜腹杆角钢应变变化规律进行了分析,得到该框架结构的出铰顺序。试验结果表明:两榀试件的荷载-位移滞回曲线饱满,没有明显的捏缩现象,表现出良好的抗震性能,且施加预应力对延性、耗能能力和变形恢复性能没有明显影响;试件上预应力的施加可以延缓加载过程中裂缝的出现与延伸;两榀门式框架试件的出铰顺序相同,均为“先梁端后柱脚”,表明该框架结构符合“强柱弱梁”的设计要求;(2)基于三维单元理论,运用ABAQUS有限元软件,对桁架式钢骨混凝土门式框架试件模型进行水平荷载作用下的力学性能有限元模拟。模拟结果表明,通过有限元模拟分析方法所获得的试件破坏形态、极限荷载和骨架曲线均与试验实测结果较为吻合;(3)对预制预应力桁架式钢骨混凝土框架结构的恢复力模型特性进行了研究。研究结果表明:多种影响因素中,柱长细比和轴压比是最重要的影响因素,随着柱长细比的增加,框架承载力降低,峰值荷载减小,侧向刚度降低,位移延性提高,而随着轴压比的增加,框架位移变小,变形性能变差;(4)在参数分析结果的基础上,回归得到了单层单跨预制预应力桁架式钢骨混凝土框架结构的恢复力模型,该模型能够对此类框架结构在水平荷载下的滞回性能进行较好的预测。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU398.9;TU352.11
【图文】：

１．２．１钢骨混凝土结构，是一种以型钢作为其主要受力构件并辅以适量钢筋［４］的混凝土结构逡逑形式，该结构的承载力较高且抗侧刚度较大［５］。因此，当承受的荷载相同时，钢骨混凝土逡逑组合结构就可以大大减少梁、柱等构件的截面面积，这样不仅能够避免建筑物出现“肥梁逡逑胖柱”的情况，而且减少了结构自重，增加了建筑物高度，对改善建筑功能、降低建筑造逡逑价及提高建筑抗震性能等多个方面都有所帮助，可取得较好的综合经济效益［＆７］。一般的钢逡逑骨混凝土结构包括实腹式和空腹式两种结构形式，如图１－１所示。研究表明，相较于普通逡逑钢结构，钢骨混凝土组合结构中的外包混凝土可以有效阻止内部钢材在局部发生屈服，显逡逑著提升构件的整体刚度，防止结构出现扭转屈曲破坏，不至于因为钢材局部屈服而使得钢逡逑构件过早地退出工作，使结构中钢材的强度能够得到更为充分的发挥［８＿９】。同时，外包的混逡逑凝土还能够提高结构的耐久性和耐火性，节约钢材使用量超过５０％以上［１Ｇ］。此外，钢结构逡逑骨架自身具有一定的承载能力，不仅可以承受施工过程中人员、材料的荷载，还可以将钢逡逑骨作为模板架设的固定点，减少模板的支撑架设工作，且在多层结构的施工过程中，只要逡逑钢骨架设好就可以继续进行上层的施工，无需等待混凝土达到一定强度，这有利于加快施逡逑工速度，缩短施工时间。逡逑

一，预应力桁架式钢骨混凝土框架结构中预制接头的连接拼装。试件浇筑时采用木模板搭设具并浇筑，浇筑时保证一次性连续浇筑完成，并在合适温度下养护２８天以上。在试件浇的同时，制作３组１５０ｍｍｘｌ５０ｍｍ＞＜１５０ｍｍ标准混凝土试块及３组Ｉ５０ｍｍｘｌ５０ｍｉｎｘ３００ｍｍ混凝土试块以供将来做混凝土材料力学性能试验，并与试件在同等条件下养护。逡逑试件ＧＪ－２框架梁采用１８６０级ＡＳ１２．７的钢绞线作为预应力筋，预应力筋呈曲线型置，在梁端处位于梁上侧，在梁跨中处位于梁下侧，在张拉完成之后灌浆，具体线型布图如图２－３所示。预应力钢绞线的线型由固定在梁钢桁架中的波纹管控制，预留灌浆孔道，逡逑梁两端预埋２０ｍｍ厚钢板，并在钢板后放置螺旋钢筋以防止梁端局部承压过大而造成损坏，逡逑梁端处理详图如图２－４所示。在试件ＧＪ－２浇筑完成并养护２８天后，对梁中的预应力钢线进行张拉，采用单根夹片锚锚具将预应力钢绞线固定在梁两端预埋的钢板上，张拉控应力ｃＪａ＞ｎ＝0．７〗／ｐｔｋ＝１３９５Ｎ／ｍｍ２。试验开始前，通过在锚固端布置的压力传感器观测预应钢绞线的实际应力变化情况，得出预应力钢绞线实际的有效预应力值。经测量，试验开前试件ＧＪ－２门式框架梁中的预应力钢绞线有效预应力值为１０２０邋Ｎ／ｍｍ２。图２－５为桁架钢骨架，图２－６为浇筑成型后的试件。逡逑

一，预应力桁架式钢骨混凝土框架结构中预制接头的连接拼装。试件浇筑时采用木模板搭设具并浇筑，浇筑时保证一次性连续浇筑完成，并在合适温度下养护２８天以上。在试件浇的同时，制作３组１５０ｍｍｘｌ５０ｍｍ＞＜１５０ｍｍ标准混凝土试块及３组Ｉ５０ｍｍｘｌ５０ｍｉｎｘ３００ｍｍ混凝土试块以供将来做混凝土材料力学性能试验，并与试件在同等条件下养护。逡逑试件ＧＪ－２框架梁采用１８６０级ＡＳ１２．７的钢绞线作为预应力筋，预应力筋呈曲线型置，在梁端处位于梁上侧，在梁跨中处位于梁下侧，在张拉完成之后灌浆，具体线型布图如图２－３所示。预应力钢绞线的线型由固定在梁钢桁架中的波纹管控制，预留灌浆孔道，逡逑梁两端预埋２０ｍｍ厚钢板，并在钢板后放置螺旋钢筋以防止梁端局部承压过大而造成损坏，逡逑梁端处理详图如图２－４所示。在试件ＧＪ－２浇筑完成并养护２８天后，对梁中的预应力钢线进行张拉，采用单根夹片锚锚具将预应力钢绞线固定在梁两端预埋的钢板上，张拉控应力ｃＪａ＞ｎ＝0．７〗／ｐｔｋ＝１３９５Ｎ／ｍｍ２。试验开始前，通过在锚固端布置的压力传感器观测预应钢绞线的实际应力变化情况，得出预应力钢绞线实际的有效预应力值。经测量，试验开前试件ＧＪ－２门式框架梁中的预应力钢绞线有效预应力值为１０２０邋Ｎ／ｍｍ２。图２－５为桁架钢骨架，图２－６为浇筑成型后的试件。逡逑

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本文编号：2790594