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预应力混凝土框架结构是我国应用广泛的重要结构形式之一。我国已建或在建的预应力混凝土框架结构大多位于地震区,而其应用历史较短,国内外工程界迄今仍对其抗震能力存在不少争议。因此,对既有预应力混凝土框架结构的抗震能力进行评估,具有重要的意义。本文结合静力弹塑性分析方法对既有预应力混凝土框架结构进行了抗震能力评估,并讨论了适用于这种结构的混合耗能机制及其实现方法。本文主要内容及研究成果如下:
首先,从普通钢筋混凝土框架结构的特点出发,对既有预应力混凝土框架结构在抗震能力方面的特点和存在的问题进行了较为详细的探讨,并进一步讨论了抗裂度和预应力度等关键因素对结构抗震能力的影响。
其次,介绍了静力弹塑性分析方法的基本原理和步骤,就其适用范围和存在的不足以及相应的改进方法进行了探讨,并给出了其在SAP2000中的实现步骤,以此作为对既有预应力混凝土框架结构进行评估的基本方法。
再次,对6榀既有预应力混凝土框架结构进行了Pushover分析。结果表明,既有预应力混凝土框架结构能够抵御相应的罕遇地震作用,然而结构已经形成了整层柱铰,为典型的层间机制。虽然柱铰转动能力尚有富余,但结构已经处于不稳定状态,因此仅仅按照规范对于层间位移角的限值等指标来评价结构的抗震能力并不合理。重力荷载控制设计的预应力混凝土框架结构不能直接套用普通钢筋混凝土框架结构的抗震设计方法,应结合其自身特点设计为合理的混合耗能机制。
最后,结合6榀既有预应力混凝土框架结构的抗震能力评估结果,总结了目前已有的预应力混凝土框架结构抗震设计方法及相关设计建议,根据能力设计方法和基于弹塑性分析的设计方法重新设计了改进的预应力混凝土框架结构,并进行了相应的Pushover分析和抗震能力评估。结果表明,将多层多跨预应力混凝土框架结构设计成混合耗能机制是必要的,也是经济合理的。通过对边柱配筋的加强(加配普通钢筋或对称配置预应力筋)以及对预应力混凝土框架梁预应力度和抗裂度限值要求的放宽,可以实现在罕遇地震作用下的混合耗能机制。对于跨数超过三跨的多跨预应力混凝土框架结构,应对边柱和选择部分中柱进行加强,既能实现较为理想的混合耗能机制,又能防止内柱出铰过多而导致的整体框架抗侧刚度降低过多。