自适应耗能UPPC抗震框架的理论初探及耗能元件设计研究

发布时间：2018-10-10 19:06

【摘要】：预应力混凝土框架结构由于具有跨越能力大、受力性能和抗裂抗变形能力好、耐久性高、施工简便、节能节材等优点,特别是大跨度多层预应力混凝土结构,使其更多的应用于房屋工程、基础工程、给排水工程、水利工程、交通运输工程等中。虽然几十年来国内外诸多学者对预应力结构进行了大量的抗震性能和抗震设计方法的研究,并且在这方面也取得了丰富的成果。但是,由于设计应用于地震区的预应力结构数量还较少,经历地震的预应力结构的数量和震害经验更少、还须积累更多的工程经验和更深入的研究。另外,根据现有规范设计的预应力框架结构因框架梁配筋超强使框架不易形成强柱弱梁的梁铰耗能机制,因而对其能否在地震区大力推广运用问题一直是工程界的争议和研究热点。同时,对于如何发挥预应力结构的优点和克服其缺点,如何采取更先进有效的技术提高和改善预应力结构的抗震性能等也是值得进一步研究的课题。本文提出一种新型的自适应耗能无粘结部分预应力混凝土(UPPC)抗震框架结构。该框架主要特点为在UPPC框架中合理设置自适应耗能元件,并进行深入研究其来改善UPPC框架的抗震性能。拟通过研究设置自适应耗能元件调减罕遇地震作用下无粘结预应力筋的应力来减少预应力梁的抗弯承载力,促使UPPC框架结构在罕遇地震下梁先于柱出现塑性铰,实现梁铰侧移机制。本文探讨了自适应耗能UPPC抗震框架的耗能机理,进而对自适应耗能元件进行设计和试验研究。主要研究工作及结论如下：1)探讨自适应耗能UPPC抗震框架的耗能机理,主要是如何实现梁铰耗能机制：通过定位钢筋和箍筋将自适应耗能元件设置于无粘结预应力筋的转向处。小震和中震情况下耗能元件处于休眠状态,预应力框架梁正常工作；罕遇地震下,当预应力筋对耗能元件的作用大于阈值,则耗能元件启动并按设计要求发生变形以减小预应力筋的应力达到减小预应力框架梁的承载能力的效果,从而使梁铰先于柱铰出现实现梁铰机制。2)给出自适应耗能元件的基本构造与组装工艺流程。对自适应耗能元件进行概念设计,对耗能元件中有限变形盒设计时所涉及参数对耗能元件的功能和性质要求的影响进行分析,为各种预应力框架梁中耗能元件的参数优化设计提供参考建议。3)有限变形盒主要是由铸铁和碳纤维材料这两种材料构成,通过试验对由铸铁和碳纤维材料构成的试件进行力学性能研究以及参数分析,其次基于试验的前提下,给出有限变形盒的承载力计算方法。4)通过有限元分析软件ABAQUS建立纯铸铁、铸铁底部粘贴碳纤维布、铸铁底部粘贴碳纤维板三种类型的试验研究模型,并对所建试验模型进行了跨中荷载-位移曲线模拟分析,对比分析模拟值与试验值之间的差异及产生原因,就有限元软件分析对铸铁底部粘贴碳纤维材料的受弯性能的可行性做了初步验证。5)研究了有限变形盒破坏时阈值的确定方法、耗能元件的布置以及验证耗能元件应用的可行性,主要是运用SAP2000软件对罕遇地震作用下一预应力框架梁中采用折线形无粘结预应力筋布置形式的预应力框架结构进行弹塑性动力分析。首先给出未布置耗能元件的UPPC框架进行抗震性能评价,为耗能元件的合理布置研究作铺垫；其次研究罕遇地震下该框架中所需布置的耗能元件破坏时阈值,主要是通过有限元软件分析罕遇地震对预应力梁中无粘结预应力筋应力的影响来确定阂值；最后针对该结构分析所得到的阈值,进而结合前面的参数分析及力学性能分析,给出该结构耗能元件的设计以及应用效果,得出耗能元件可释放的预应力能够达到约梁内预应力总拉力的68.18%。验证了耗能元件应用的可行性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：南京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU378.4

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本文编号：2262911