腹板摩擦式自定心混凝土框架的振动台试验研究

发布时间：2020-04-02 04:57

【摘要】：近年来,可恢复功能结构体系已逐步得到关注和认可,其理念是将地震作用下的结构塑性损伤集中在可更替构件并降低结构残余变形,从而实现震后快速恢复使用功能和减少震后修复量。在此背景下,课题组提出了一种“腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架”,该体系具有低残余变形、构件基本无损的特性。其中,预制的梁、柱构件由预应力钢绞线拉结为一个整体,组成结构的抗侧力系统和竖向支撑系统,梁端附加的腹板摩擦耗能装置能够在梁柱节点相对转动中耗散地震能量。针对该自定心抗震结构体系,本文先后开展了两种自定心框架结构的试验模型设计、振动台试验以及数值模拟研究,完成的主要工作如下:(1)自定心预应力混凝土框架的振动台模型设计。根据振动台模型相似比理论及试验条件,确定了本试验的相似比系数。基于相似比系数及性能设计方法,设计了两种腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架,包括梁-柱、柱-基础节点均由预应力连接的框架(以下简称SCPC)以及梁-柱节点采用预应力连接而柱-基础节点固结的框架(以下简称SCRB)。给出了钢绞线初始预应力、耗能件初始摩擦力以及附加质量的计算结果。基于结构自然频率及场地土信息,考虑规范规定的地震波作用下的结构响应要求,同时满足试验设备条件,选择了两条天然波和一条人工波。(2)自定心预应力混凝土框架的振动台试验研究。针对两种框架,分别设计了一组加载试验,对自定心框架在地震作用下的抗震性能进行了研究。考察了试验中结构动力特性、振型及初始刚度、加速度、位移、节点相对转动、楼板相对滑移、钢套筒应变、钢筋及混凝土应变等响应。针对SCPC框架,通过变化自定心结构的两个重要参数,即预应力钢绞线初始预应力以及初始摩擦力,分析了结构参数变化对结构整体及局部响应的影响。(3)由于两种框架的区别在于柱-基础的连接方式,本文着重对比分析了柱-基础连接方式对自定心框架的影响。试验结果表明,腹板摩擦式自定心框架的抗震性能满足工程需要,同时具有震后残余变形小,结构构件基本无损的优良特性。SCRB框架的位移需求低于SCPC框架,但SCRB框架在柱-基础等部位仍有一定的塑性损伤,震后修复的难度大于SCPC框架。(4)自定心预应力混凝土框架的数值模拟分析。在前期理论分析和试验研究的基础上,利用开源有限元软件OpenSees对两种试验框架进行了数值模拟研究。其中包含对节点接触、节点核心区的剪切变形以及滞回耗能等行为的模拟。数值模拟结果与试验数据总体上吻合良好,验证了该数值模拟方法的可靠性;对于试验结构的初始缺陷,尚应在后续数值模拟中进一步加以考虑。
【图文】：

框架结构,破坏形式,框架结构

结构在地震中的安全是全世界共同关注的问题。长期以来，地震给人类带来了深重的灾难以大的损失[1-3]。由于结构的倒塌和过大的残余变形等震害，导致大量的生命财产直接损失和灾后恢复过程中的间接损失。以传统的框架结构为例，在汶川地震中，钢筋混凝土框架结构的主要集中在：1）围护结构和填充墙严重开裂和破坏；2）柱顶端出现塑性铰（图 1.1a），未实现“强梁”屈服机制[4]；3）楼层刚度不均，，造成底层侧移过大（图 1.1b），并导致结构整体倒塌或震

梁柱节点,阻尼器,翼缘板

（a）耗能件（b）试验节点图 1.6 附加铅阻尼器的梁柱节点Chou 等[35]对设有局部弱化翼缘板的预应力混凝土梁柱节点进行了性能评估研究。试验表明部弱化的翼缘板能够在拉压中耗散能量，结构能够在层间位移达到 4%下实现无损且残余变形小Chou 运用 ABAQUS 软件对试验结构进行了数值模拟分析，分析结果与试验结果相吻合。Chou 等
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU378.4;TU317

【参考文献】