装配整体式框架结构基于性能的节点设计方法研究

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基于承载力的抗震设计是以生命安全为单一设防目标的抗震设计理论,随着社会和经济的发展,已经无法满足设计的需求。从上世纪九十年代发展至今的基于性能抗震设计方法代表了今后结构抗震设计的发展方向。现阶段对基于性能抗震设计方法的研究主要针对钢筋混凝土现浇结构。随着国家对建筑工业化的推进,装配式建筑即将迎来快速发展。在此背景下,本文对装配整体式混凝土框架节点基于性能的抗震设计方法进行研究。主要内容如下:(1)根据规范要求设计了4个预制预应力混凝土框架梁柱节点试件,包括2个中节点和2个边节点,节点形式参考“世构体系”;2个中节点分别按照一级和二级抗震受压区高度限值进行设计,节点后浇区域采用纤维增强混凝土;对3种常用纤维不同掺量下的混凝土棱柱体试块进行轴心抗压试验,根据试验结果确定采用PVA纤维,掺量为0.5%。(2)对4个梁柱节点试件开展低周反复荷载试验,对试验数据进行分析处理,对试件的滞回曲线、骨架曲线、强屈比和延性、强度退化、刚度退化以及耗能能力等进行分析。(3)对基于能量抗震设计方法中关于耗能需求的求解过程进行梳理和总结,在理论层面对滞回耗能层间分布进行研究,根据框架结构梁柱变形协调原理,得到塑性铰长度和梁跨度对混凝土框架结构滞回耗能层间分布的影响,并对滞回耗能的分布给出建议公式。得到结论:增大塑性铰长度可减小对应的塑性铰变形在梁单跨内的占比,增大梁跨度可以减小对应跨梁塑性铰变形在楼层内的占比。(4)根据损伤指标对变形需求的定义,收集和“世构体系”节点构造相类似的试验数据,给出基于损伤的节点抗震设计侧移需求建议值,以及框架节点柱端在水平力作用下的屈服荷载理论计算公式。建立框架节点柱端在水平力作用下的极限位移公式,变量包括塑性铰长度、混凝土极限应变、纵筋配筋面积等,并用统计的方法考虑梁端纵筋滑移的影响。结合所提出的极限位移公式,根据收集的试验数据给出装配整体式混凝土框架节点“轻微损伤”和“中等损伤”的损伤指标建议值。(5)在简要介绍现有钢筋混凝土框架节点抗震设计方法的基础上,根据本文对滞回耗能层间分布的研究以及对基于性能抗震设计方法在装配整体式混凝土框架节点中的应用研究,结合装配整体式混凝土框架节点的构造特点,提出一种装配整体式混凝土框架节点基于损伤的主动设计方法,并用算例对其流程进行说明。研究表明:本文设计的4个节点试件最终破坏都发生在梁端后浇区域,破坏形态、延性、耗能能力等符合设计要求;所提出的滞回耗能层间分布公式准确性高,和多模态Pushover分析方法(MPA法)得到的滞回耗能沿楼层水平分布吻合良好;所提出的装配整体式混凝土框架节点基于性能的抗震设计方法具有可行性。
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