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预制装配式混凝土结构符合我国住宅产业化的发展方向,具有非常广阔的前景。其中节点连接方式是预制装配式混凝土结构的关键技术。本文在广泛阅读国内外相关文献的基础上,提出一种新型预应力预制装配式混凝土框架节点形式,即采用螺栓连接顶底角钢作为耗能元件的后张无粘结预应力混合装配式钢筋混凝土框架节点。无粘结预应力筋平行于梁构件,螺栓连接顶底角钢作为耗能元件。鉴于我国大部分城市处于抗震设防区,为推广此类结构在我国的应用及发展,本文对新型预应力预制装配式混凝土框架节点组件进行了深入的试验研究,并结合试验结果开展了理论研究及有限元分析。论文的工作主要包括:
(1)总结了预制装配式混凝土结构的主要连接方式及各自优缺点,全面介绍了国内外在预应力预制装配式结构体系方面的研究成果,对本文提出的新型预应力预制装配式混凝土框架节点的形式及优势进行了详细论述。
(2)设计并完成9个新型节点组件的低周往复荷载试验,对影响节点抗震性能的相关参数进行试验研究,参数包括:预应力筋的初始应力,梁构件的高度,角钢的长度、厚度以及有无角钢等。试验现象表明:新型预应力预制装配式混凝土框架节点兼备“自恢复”和“高耗能”的特性。在试验过程中节点损伤主要集中在耗能角钢上,梁、柱构件及预应力筋基本保持弹性。分析上述涉及的参数对节点抗震性能的影响并对节点的抗震性能进行定量的评价和比较,结果表明:因预应力筋的作用残余变形较小,耗能依赖于角钢,在层间位移角加载控制下,提高梁构件的高度,增加耗能角钢的厚度及长度能显著增强节点组件的承载能力及耗能能力。
(3)提出节点组件的梁端荷载.位移关系的两折线模型,该模型定义了两种极限状态:梁软化状态和预应力筋屈服状态,在相关合理假定的基础上并基于内力平衡、变形协调以及材料本构关系等基本原则,推导了两种极限状态对应的荷载和位移。将理论计算结果与试验数据进行对比,吻合较好,验证了本文理论的可靠性及正确性。
(4)提出螺栓连接角钢的拉.压恢复力模型,以地震工程模拟软件OpenSees为分析平台,进行节点试件的非线性有限元分析,并与试验结果进行比较,发现有限元分析结果与试验结果吻合较好,证实使用本文提出的建模方法以及螺栓连接角钢的拉-压恢复力模型,可较好地模拟节点的抗震性能,OpenSees可用于该新型结构的抗震分析。