新型装配式框架隔震结构抗震性能研究

发布时间：2020-05-20 07:48

【摘要】：装配式结构由于节点受到削弱,其整体抗震性能不足,难以在中高烈度区推广。隔震结构具有减震效果好、震后损伤小易修复等优点,可以解决这一问题。因此,本文系统地研究了一种新型装配式框架隔震结构体系,即PPEFF隔震体系,包括其隔震设计方法和有限元建模方法研究,以及其基于静力Pushover分析、动力弹塑性分析和地震易损性分析的抗震性能研究,研究结果表明PPEFF隔震体系具有良好的抗震性能。本文的主要研究内容和结论如下:(1)对PPEFF体系七层框架结构分别采用抗规分部设计法和在编隔震标准的直接设计法进行隔震结构设计,对比了两种隔震设计方法的流程以及设计内力、配筋结果和隔震层位移,结合两种方法的优劣以及PPEFF体系的实际设计需求,确定了计算模型的上部结构和隔震层的设计方案。(2)对PPEFF结构模型中采用的混凝土、钢筋等材料本构以及梁柱纤维、梁柱接触面纤维铰、预应力筋和隔震支座等有限元单元模拟方法进行研究,运用有限元软件Perform-3D建立七层PPEFF框架隔震结构的弹塑性模型,将Perform-3D弹塑性模型的模态分析结果与ETABS、YJK模型进行对比,验证模型的准确性。(3)基于能力谱法对PPEFF隔震结构及非隔震结构在八度设防地震和罕遇地震作用下进行两种不同侧力模式下的静力Pushover对比分析,通过Pushover结果评估PPEFF隔震结构的抗震性能以及减震效果。PPEFF隔震结构及非隔震结构的Pushover曲线、性能点以及性能点处各项指标在两种不同侧力模式下的结果的差异较小;PPEFF隔震结构的减震效果明显,但随地震动强度增大而下降,最大层间位移角满足隔震标准的限值要求。(4)选取远场、近场脉冲和长周期地震动分别对PPEFF隔震结构和非隔震结构进行设防、罕遇和极罕遇地震作用下的动力弹塑性分析。通过对比研究两个模型的楼层加速度、层剪力、层间位移角和隔震层位移等指标,确定三类地震动下的减震效果、抗震性能和薄弱环节,并且根据纤维铰转角来定义梁柱节点的损伤情况。不同烈度远场地震动作用下结构的最大层间位移角、隔震层位移和节点损伤等均满足规范指标限值要求,且减震效果均在50%以上,结构的薄弱层为第二层。三类地震动下隔震支座水平力-位移滞回曲线饱满,具有良好的耗能能力,减震效果好,但近场脉冲和长周期地震动作用下,隔震结构的隔震层位移的增大幅度比其他指标要明显。对于长周期地震动,从时程结果来看,隔震效果仅发生在地震动的前期,在地震动后期,隔震结构的响应已经与非隔震结构相差无几甚至变大,这一现象也随地震动强度增大而变得明显。从损伤结果来看,远场地震动隔震效果明显,近场脉冲和长周期地震动对隔震结构的损伤大且隔震效果较差,随着地震动强度增大,结构的隔震效果会进一步降低。(5)根据FEMA-P695选取远场、近场无脉冲和近场脉冲地震动共30组对结构进行增量动力分析和倒塌易损性分析,以最大层间位移角和隔震支座剪应变作为结构的损伤指标,利用可靠度概率方法研究PPEFF隔震结构的抗倒塌性能。研究结果表明:PPEFF隔震体系的优越性体现在上部结构抗震性能要求提高一度后仍能大幅提高抗倒塌储备系数,降低结构在地震中的倒塌概率,提升结构安全储备,为中高烈度区装配式结构的工程实现提供参考。强震下结构的倒塌破坏模式为隔震支座最大剪应变超限。PPEFF隔震结构在远场罕遇、极罕遇地震作用下均能满足抗倒塌性能要求。近场脉冲地震作用对装配式隔震结构的影响大于非隔震结构,设计时宜考虑比规范值更大的近场影响系数。
【图文】：

抗震框架,连接类型

应力框架下三层的抗侧力，上两层则采用 TCY 连接。试验大楼底部三层的楼板体系为预制双 T 型板，，顶部两层为预制空心板。装配式大楼应用基于位移的设计方法，通过拟动力试验验证五种延性预制混凝土体系的抗震性能。（a）混合连接（b）预应力连接（a）Hybrid connection （b）Pretensioned connection

抗震性能,预应力框架,延性,装配式框架

新型装配式框架隔震结构抗震性能研究Priestly 等[8]通过 PRESSS 五层预制混凝土试验大楼（见图 1-2）的试验结果和析的对比，总结出四种延性预制体系抗震性能的结论：墙体表现出低残余变形仅为最大位移的 3%。预应力框架节点特别是混合连接具有优越的抗震性能。造成的梁柱节点的裂缝水平非常小，除了连接柱外，梁中基本不出现裂缝。TC状况良好，只在梁柱接触面处发生初始滑动，但塑性铰区域的这种滑动或剪切等延性水平的钢筋混凝土梁柱节点试验过程中是正常的。预制预应力框架表现、低残余变形的性能，相比之下，预制非预应力框架的损伤和残余变形更高，多的地震能量。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU352.1

【参考文献】