预应力装配式框架结构的减震性能研究

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随着我国建筑工业化与智能建造协同发展的逐步推进,装配式建筑的智能化发展成为了当下的热点研究方向。基于传统装配式建筑造价及人工成本高、施工难度大、难以广泛应用于民用及工业建筑,本文提出一种全新的结构形式和一种新型人工铰,这种自适应结构能让建筑结构在地震作用下改变结构自身刚度、提高结构自振周期,有效降低作用于结构的地震作用。新型人工铰具有良好的自复位功能,解决了传统塑性铰破坏后难以修复的问题。论文采用了数值模拟的方法,对框架结构和新型人工铰的减震与恢复力性能进行了研究,本文的主要研究工作分别为以下四个方面:(1)基于自适应控制原理,提出了自适应减震结构体系设计方案和一种新型人工铰构造形式。并介绍了自适应结构随地震时程的自动控制过程,根据人工铰的受力变化,将其分为3个阶段:自适应结构闭合阶段,自适应结构自动控制阶段,自适应结构恢复阶段。(2)采用ABAQUS有限元分析软件分别对现浇结构和3种预应力装配式框架结构进行有限元模拟对比分析,主要从相对位移、层间剪力分布、结构抗侧刚度等方面对数值模拟计算结果进行研究。结果表明,基于自适应结构的控制系统方法使作用于结构的地震作用大幅降低,人工铰和节点处抗震性能和恢复力性能良好。(3)对设置人工铰的合理位置进行了理论分析研究。理论分析与有限元模拟结果相符合,通过设置人工铰将梁端铰从梁根处向外转移,解决了节点处应力集中的问题。设置人工铰的合理位置应该远离节点连接处,可以有效保护节点,但其受到转动能力的限制。(4)通过地震作用下人工铰的张开尺寸变化,对人工铰的工作机理进一步地讨论,解决了传统塑性铰破坏后难以修复的问题。结果表明,人工铰对提高结构延性,改善结构抗震和恢复力性能的作用有显著的效果。此外,还提出了较方便的承载力计算方法和设置人工铰的设计建议。本文将具有自复位功能的人工铰与装配式建筑结构相结合,将建筑结构赋予恢复力的特性。通过信号系统的自适应原理,系统地提出了自适应结构的构造与原理,使结构具有自动调整的变刚度特性,从而实现了建筑结构减震的自适应性能。自适应结构可以广泛应用于多种装配式建筑,像搭积木一样造房子,极大降低了人工成本,并具有良好的减震性能,进一步实现了装配式建筑的智能化施工,为今后装配式建筑智能化发展提供了新的思路。
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