预制装配式部分钢骨混凝土框架结构抗震性能研究

发布时间：2019-03-22 14:43

【摘要】：本文提出了预制装配式部分钢骨混凝土(Precast and Partial Steel Reinforced Concrete, PPSRC)框架结构,把钢筋混凝土框架结构分解成柱预制构件和梁预制构件,梁、柱的连接区设置无筋钢骨,梁柱节点核心区设置有筋钢骨,其它部位仍为钢筋混凝土结构,该结构可以实现钢筋混凝土结构的现场装配和工厂化生产。本文同时提出了“部分钢骨”的概念,钢骨在钢筋混凝土中不连续,只在局部设置。随着结构技术的发展,钢骨混凝土结构(Steel Reinforced Concrete, SRC)在承载力和抗震性能等方面均表现出优于钢筋混凝土结构(Reinforced Concrete, RC),得到越来越广泛的研究和应用,但目前对钢骨不连续的PPSRC框架结构尚未见文献报导。为深入了解PPSRC结构的抗震性能,本文进行了PPSRC框架4个中节点和4个边节点、RC框架3个中节点和3个边节点的低周往复加载试验和抗震性能分析,并运用非线性有限元对38种工况的PPSRC框架结构进行了抗震性能研究。在试验和有限元分析的基础上,给出了PPSRC框架结构的设计计算建议及经济性研究结果。主要研究内容及结论如下：(1)开展了8个PPSRC和6个RC梁柱节点组合体试件的低周往复加载对比试验。结果表明,PPSRC结构梁柱节点试件的承载力高于RC结构,承载力及刚度退化缓慢且延性较好,梁、柱连接区和节点核心区的钢骨及钢筋均未屈服,说明本文设计的装配式连接方法可靠,符合“强节点弱构件、强柱弱梁”的结构抗震准则。(2)运用非线性有限元方法分析了PPSRC框架结构梁柱节点组合体抗震性能与轴压比、混凝土强度等级和钢材屈服强度等影响因素的相关性,并从破坏形态、变形性能、应力分布等方面与试验结果进行比较。分析表明轴压比与PPSRC框架梁柱节点试件的抗变形能力成正比,混凝土强度等级、钢材屈服强度与PPSRC试件承载能力成正比。有限元模拟的试件破坏形态与试验基本一致,说明本文建立的有限元分析模型能较好的模拟PPSRC结构的力学性能。(3)分析了钢筋混凝土梁参与承载的长度对PPSRC结构承载力的影响,对梁柱中节点和边节点各4种不同混凝土梁长度的8种工况进行了有限元分析,结果表明：RC梁段参与承载的长度增加使PPSRC结构的极限应力首先出现在RC梁段内,RC梁的破坏形式由剪切破坏变为弯曲破坏,剪应力和弯曲拉应力的最大值均出现在梁内钢骨末端抗剪强度和梁刚度突变的部位。(4)进行了PPSRC与RC框架结构整体低周往复加载有限元模拟分析,从应力分布、滞回曲线、强度和刚度退化以及耗能能力等方面进行了对比分析,得出PPSRC框架与RC框架在地震耗能能力方面基本相同,PPSRC框架的强度和刚度保持性能较好且承载能力强的结果,说明PPSRC结构可以满足RC框架结构预制连接的设计要求。(5)分析了PPSRC框架结构梁柱节点的受力机理,并对现行的《型钢混凝土组合结构技术规程》(JGJ138-2001)和《钢骨混凝土结构设计规程》(YB9082-2006)中的计算公式进行优化,给出了PPSRC框架结构承载力计算公式的建议。(6)进行了PPSRC和RC框架结构工程经济对比测算,得出PPSRC框架的工程直接成本比RC框架高出18.6%,间接成本基本相同,由于缩短了建设周期、加快了资金周转,降低了项目的财务成本使两种结构的工程总投资额基本一致。
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【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU398.9

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