预应力混凝土框架结构抗震能力提升及振动台试验研究

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经过多年的研究,人们对预应力混凝土框架结构(Prestressed Concrete FrameStructure,简称PCFS)的抗震性能有了一定的认识,认为基于89规范(GBJ10-89,GBJ11-89)和01规范(GB50011-2001,GB50010-2002)设计的PCFS在强烈地震作用下会发生层间屈服机制。有学者针对PCFS提出了混合耗能机制的概念,指出可以通过边柱加强来保证混合耗能机制的形成,但是加强方法的细化指标并未给出。  经过20多年的研究,我国的抗震设计规范经历了两次修订,基于最新发布的10抗规(GB50011-2010)设计的PCFS在设计地震下抗震性能的好坏以及表现出的屈服机制也有待研究。目前许多学者在研究近场地震动对结构的影响,如何建立合理的有限元模型来模拟PCFS在地震作用下的响应,PCFS在近场地震动下的表现究竟如何,都是值得研究的问题。  基于以上几点,本文针对PCFS进行了振动台试验和大量的数值分析,主要工作内容和研究成果如下:  (1)本文对两个PCFS缩尺模型进行了振动台试验,并使用经验模分解法对试验数据进行了处理。试验得到了多层多跨PCFS在动力特性、出铰机制等方面的结论,证明了边柱加强可以使PCFS在地震作用下形成混合耗能机制。  (2)基于OpenSees建立了试验模型的三维有限元模型,相对于二维模型,该模型可以更加合理地考虑结构的空间效应,并对其进行了动力时程分析和Pushover分析,通过和试验进行对比,验证了数值模型和分析方法的合理性。  (3)对基于89规范、01规范、10规范设计的PCFS进行了不同类型地震动的弹塑性动力时程分析和Pushover分析,结果表明基于三部规范设计的框架的抗震能力存在差异,地震动类型对于PCFS的动力响应和出铰机制影响明显。  (4)分别从轴压比和体积配箍率两方面考察边柱加强方法的效果,对经过边柱加强的预应力混凝土框架的抗震能力进行分析,得到合适的边柱轴压比使得结构能在设防烈度地震下具有较好的抗震性能,表现出混合耗能机制。
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