【摘要】：建筑業(yè)是一個(gè)能源與資源消耗巨大的產(chǎn)業(yè),當(dāng)前我國建筑業(yè)的生產(chǎn)方式主要以粗放型的現(xiàn)場澆筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主,存在著生產(chǎn)效率低、工業(yè)化程度低、建筑材料損耗量大、建筑質(zhì)量不穩(wěn)定、建筑垃圾量大、建筑全壽命周期能耗高等問題,與國家的節(jié)能、環(huán)保政策不匹配。預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)作為一種符合建筑工業(yè)化生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)形式,具有優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、社會效益和良好的結(jié)構(gòu)性能,在歐美、日本等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。我國建筑工業(yè)化水平相對較低,預(yù)制裝配技術(shù)正處于起步階段,有必要對預(yù)制裝配式混凝土結(jié)構(gòu)體系加以創(chuàng)新,進(jìn)行深入的理論和試驗(yàn)研究,從而推動預(yù)制裝配式結(jié)構(gòu)在我國的應(yīng)用和大力發(fā)展。為順應(yīng)建筑工業(yè)化的發(fā)展趨勢,華匯建筑科技有限公司在其已有的預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁生產(chǎn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,聯(lián)合東南大學(xué)提出了一種新型預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁裝配整體式結(jié)構(gòu)體系(Precast Prestressed Assembled Structural System,簡稱PPAS體系),PPAS體系因采用端部帶連接槽鋼的預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁、節(jié)點(diǎn)短鋼管柱、密肋波紋板等相關(guān)構(gòu)件,具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢:無支撐施工、跨度大、梁高小、使用性能好,施工便捷快速,造價(jià)省,低碳環(huán)保等特點(diǎn)。本文對提出的新型預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁裝配整體式結(jié)構(gòu)體系(PPAS體系)進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析、試驗(yàn)研究和有限元模擬,提出了PPAS體系的系統(tǒng)構(gòu)成及其施工方法,通過足尺中節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)和有限元分析研究了預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁鋼絞線應(yīng)力釋放和節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼絞線錨固方式對PPAS體系節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響,在此基礎(chǔ)上提出了PPAS體系更合理的節(jié)點(diǎn)形式和預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁相關(guān)技術(shù),提升與完善PPAS體系框架的抗震性能,通過框架試驗(yàn)和有限元分析研究了改進(jìn)后PPAS體系框架的抗震性能。論文的主要工作及成果如下:1.PPAS體系的系統(tǒng)構(gòu)建。在總結(jié)已有預(yù)制裝配框架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)與預(yù)制梁研究和應(yīng)用成果的基礎(chǔ)上,提出了新型預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁裝配整體式結(jié)構(gòu)體系(PPAS體系),PPAS體系的主要技術(shù)特點(diǎn)是無支撐施工和新型預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁的使用。PPAS體系預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁采用高強(qiáng)鋼絞線為下部縱向受力筋,充分利用材料性能建造大跨度裝配整體式框架;預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁端部部分鋼絞線外套PVC套管釋放應(yīng)力,避免混凝土預(yù)壓力過大引起裂縫;預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁端部附帶連接槽鋼與柱頂節(jié)點(diǎn)短鋼管通過高強(qiáng)度螺栓相連快速裝配形成臨時(shí)受力體系承受施工荷載。2.PPAS體系足尺節(jié)點(diǎn)低周反復(fù)荷載試驗(yàn)。設(shè)計(jì)了三組新型預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁裝配整體式框架(PPAS體系)足尺節(jié)點(diǎn)試件和一個(gè)現(xiàn)澆對比節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗(yàn),三組試件包括三個(gè)考慮不同預(yù)應(yīng)力釋放狀態(tài)的PC1組試件、兩個(gè)考慮鋼絞線不同錨固方式的PC2組試件、兩個(gè)考慮疊合板影響的PC3組試件。對節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行了低周反復(fù)荷載加載試驗(yàn),對試驗(yàn)過程、試驗(yàn)現(xiàn)象和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析與研究,并與現(xiàn)澆節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行對比。試驗(yàn)結(jié)果表明:PC1組各試件均具有較好的耗能能力,各試件滯回曲線飽滿,正向加載骨架曲線基本相同,負(fù)向加載時(shí)骨架曲線稍有差別,隨著鋼絞線預(yù)應(yīng)力釋放數(shù)量的增加,其骨架曲線的極限荷載逐漸降低,延性性能和耗能能力均有不同程度的下降;PC2組兩試件由于有不同數(shù)量的鋼絞線在節(jié)點(diǎn)區(qū)未采用擠壓錨和錨墊板相結(jié)合的高效錨固方式,只依靠鋼絞線和混凝土之間的相互粘結(jié)傳遞荷載,試驗(yàn)過程中這些鋼絞線發(fā)生較大滑移,鋼絞線周邊混凝土跟隨鋼絞線拔出而出現(xiàn)局部破損現(xiàn)象。PC2組兩試件的滯回曲線有較明顯捏縮現(xiàn)象,其骨架曲線呈明顯彈性狀態(tài),兩試件延性性能及耗能能力極差;PC3組兩試件主要考慮疊合板對節(jié)點(diǎn)性能的影響,由于疊合梁和疊合板內(nèi)普通鋼筋屈服強(qiáng)度過高,試驗(yàn)過程中PC3組兩試件破壞時(shí)上部普通鋼筋皆未屈服,兩試件的滯回曲線有捏縮現(xiàn)象,其骨架曲線未見明顯屈服,延性性能及耗能能力都較差。3.根據(jù)抗震性能良好的PC1組三個(gè)節(jié)點(diǎn)試件低周反復(fù)荷載試驗(yàn)滯回曲線和骨架曲線建立了PPAS體系節(jié)點(diǎn)恢復(fù)力模型。運(yùn)用OpenSEES軟件對PPAS體系節(jié)點(diǎn)試件進(jìn)行非線性有限元模擬,計(jì)算滯回曲線、骨架曲線與試驗(yàn)滯回曲線、骨架曲線基本接近。在此基礎(chǔ)上,對PC1組節(jié)點(diǎn)進(jìn)行參數(shù)化分析,考慮不同強(qiáng)度等級混凝土以及不同柱軸壓比對節(jié)點(diǎn)抗震性能的影響,分析結(jié)果表明隨著混凝土強(qiáng)度等級的提高,試件耗能能力降低,隨著柱軸壓比從0.3增大到0.5,試件耗能能力略有降低。4.PPAS體系框架低周反復(fù)荷載試驗(yàn)。在節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上,針對節(jié)點(diǎn)試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的預(yù)制預(yù)應(yīng)力疊合梁底部裂縫數(shù)量過少、裂縫寬度開展過大的問題進(jìn)行了改進(jìn),限制使用PVC套管釋放預(yù)應(yīng)力,增加了預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁底部的普通耗能鋼筋,預(yù)制梁端部設(shè)置貫通截面鍵槽,設(shè)計(jì)了兩榀PPAS體系框架進(jìn)行低周反復(fù)荷載試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明PCF1試件和PCF2試件都具有良好的抗震耗能能力,PCF1試件和PCF2試件的最大層間位移角分別為4.1%和5.01%,滿足抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對于框架結(jié)構(gòu)彈塑性層間位移角限值的要求;PCF1試件和PCF2試件的位移延性系數(shù)分別為4.08和4.75,滿足鋼筋混凝土框架抗震要求。5.對PPAS體系預(yù)制預(yù)應(yīng)力梁的預(yù)應(yīng)力損失進(jìn)行了理論計(jì)算,并與有限元模擬結(jié)果和實(shí)測結(jié)果進(jìn)行了對比;研究了預(yù)制預(yù)應(yīng)力疊合梁開裂彎矩的計(jì)算方法;利用幾何條件和平衡條件推導(dǎo)了預(yù)制預(yù)應(yīng)力疊合梁端部正彎矩和負(fù)彎矩極限承載力計(jì)算公式,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比,極限承載力計(jì)算公式可以相對準(zhǔn)確的計(jì)算PPAS體系預(yù)制預(yù)應(yīng)力疊合梁極限彎矩。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU352.11

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2689012