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预应力装配式混凝土框架结构是一种崭新的结构形式,它是把预制好的梁和柱运至施工现场,采用吊装机械把构件吊装就位,在梁柱预留孔道中穿入预应力筋,通过后张预应力筋的挤压力把梁柱构件拼装成整体框架的一种结构。它把预应力混凝土和装配式结构有机地结合起来,使其兼有预应力混凝土和装配式结构的优点。本文在国内外研究的基础上,针对无粘结预应力装配式混凝土框架结构及其抗震性能开展了试验和理论研究,内容概括如下:
1.研究确定无粘结预应力装配式混凝土框架结构梁柱连接的构造。在研究现有连接的基础上,提出了梁柱连接的评价原则,分析了以往连接存在的缺点和不足,阐述了新型连接的设计思想,确定了无粘结预应力连接的两种构造方式:全预应力连接和混合连接。阐述了全预应力连接和混合连接的工作机理,构造特点和设计注意事项,讨论了采用无粘结预应力连接的装配式框架的施工方法。
2.全预应力连接的抗震性能研究。在对四个全预应力连接的装配式框架梁柱内节点试件和一个现浇混凝土节点参考试件施加低周反复荷载的基础上,研究了全预应力连接的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、变形能力、位移延性、能量消耗等性能,建议了相应的恢复力模型。综合分析结果表明,全预应力连接装配式混凝土框架结构具有良好的抗震性能。
3.混合连接的抗震性能研究。在对六个混合连接的装配式框架梁柱内节点试件施加低周反复荷载的基础上,研究了混合连接的滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、变形能力、位移延性、能量消耗等性能,建立了恢复力模型。研究结果表明:混合连接的装配式混凝土框架结构综合抗震性能最好,其耗能能力与整体现浇钢筋混凝土框架结构相当,强于全预应力连接的框架结构。
4.无粘结预应力装配式混凝土框架结构非线性分析。针对预应力装配式混凝土框架结构的特点,按照变形的协调关系,通过求解微分方程,建立了节点转角与柱顶位移的关系式。对于全预应力连接结构,根据构件的变形特征在混凝土应变和预应力筋的应变之间建立起了联系;在考虑构件损伤影响条件下,通过对关键截面的内力和应变分析提出了相应的结构非线性分析方法。针对混合连接结构,分析了梁柱连接截面非预应力连接钢筋应变与裂缝宽度之间的关系,改进了连接钢筋无粘结区应力传递长度内钢筋伸长量的计算方法,提出了关键截面连接钢筋的应变计算公式,通过内力分析给出了混合连接结构的非线性分析方法,编制了分析程序。
5.理论分析与试验结果对比。利用编制的结构非线性分析程序,分别对所试验的全预应力连接和混合连接试件进行了非线性分析,通过与试验结果的对比,验证了理论分析的合理性。
6.结构设计建议。针对无粘结预应力连接的构造和变形特点,讨论了无粘结预应力筋极限应力的计算方法,根据截面平衡条件分别建立了全预应力装配式混凝土框架结构和混合连接装配式混凝土框架结构梁柱连接截面的抗弯强度、抗剪强度计算公式。此外,还对预应力装配式混凝土框架结构的细部构造提出了建议。
文中研究的预应力装配式混凝土框架结构在抗震设防区具有广阔的应用前景,部分研究成果为制定预应力装配式框架结构设计规范提供了依据。