部分预应力混凝土梁实用抗震设计方法探讨

近年来，部分预应力混凝土由于兼有普通混凝土和预应力混凝土二者的优点，其应用程度也越来越广泛。预应力度和截面相对受压区高度是反映部分预应力梁延性性能的重要指标，本文推导了预应力钢筋与截面相对受压区高度的关系式，通过截面相对受压区的限值来确定预应力钢筋的限值以保证结构较好的延性：通过控制部分预应力梁中的预应力度，使部分预应力混凝土梁的抗震性能与普通混凝土梁的抗震性能相似。在以上分析和前人做过的一些试验基础上，本文提出了一种部分预应力混凝土框架梁实用抗震设计方法，该方法首先通过抗震配筋限值和裂缝控制计算确定预应力筋的面积；然后通过正截面承载力和构造要求确定非预应力筋的面积，避免了次内力的问题和反复试算。     

预应力及非预应力型钢混凝土框架受力及抗震性能试验研究

进行了两榀预应力型钢混凝土框架和非预应力型钢混凝土框架在竖向荷载及水平低周反复荷载作用下受力与抗震性能试验研究,研究结果表明：在型钢混凝土梁中采用预应力,可以有效地控制结构裂缝宽度,改善结构的正常使用性能;梁中施加预应力没有明显改变型钢混凝土结构优良的抗震性能,预应力型钢混凝土框架低周反复加载滞回曲线饱满,抗震性能优良;在型钢混凝土梁中施加预应力,可以充分发挥型钢与混凝土等材料各自的优势。在试验研究的基础上,提出了预应力型钢混凝土框架和型钢混凝土框架的三线型恢复力模型,并利用该恢复力模型进行了预应力型钢混凝土框架和型钢混凝土框架在低周反复荷载作用下的滞回性能分析,分析结果与试验结果吻合良好。     

无粘结预应力钢混结构抗震性能研究概况

无粘结预应力混凝土不需预留孔道,不必灌浆,因此施工简便、工期短、造价较低,但是在抗震性能方面,国内外工程界还存在争议。本文分析了国内外关于预应力混凝土结构的研究资料,讨论了HRB500高强钢筋对无粘结预应力混凝土抗震性能的影响,并分析了无粘结预应力钢筋混凝土在强度、刚度、延性和耗能能力等抗震性能方面的研究现状。     

预应力FRP筋混凝土梁的抗震性能试验研究

进行了8根混凝土梁在低周反复荷载下的拟静力试验,对其受力过程、破坏特征、滞回特性、骨架曲线、延性、刚度退化、耗能能力等抗震性能进行分析比较,研究不同预应力筋种类和预应力度(PPR)对预应力梁抗震性能的影响。考虑材料的非线性,对试验梁进行有限元计算分析。有限元计算和试验结果表明,预应力度是影响预应力梁抗震性能的主要因素,抗震性能随着预应力度的增加而逐渐降低;在同等预应力度的条件下,无粘结预应力FRP筋混凝土梁的耗能能力最好;采用有粘结和无粘结预应力相结合后,试验梁的延性指标有所提高,延性比有粘结和无粘结预应力梁分别提高12%和26%,滞回曲线变得更加丰满,对结构抗震性能有利;有限元计算结果与试验结果较为吻合。     

预应力混凝土延性框架抗震配筋限值研究

为改善预应力混凝土框架抗震性能，根据试验结果和有关资料，本文提出了抗震设计时应控制配筋指数ω及预应力度ＰＰＲ的建议，并以实例加以说明。     

预应力框架梁端延性分析及配筋限值探讨

预应力混凝土框架抗震设计中,经常需通过增大梁断面来满足规范中梁端受拉纵筋配筋率的限值,从而制约了预应力梁在抗震结构中的应用。通过对部分预应力混凝土梁在抗震设计中的延性分析,深入探讨各种因素特别是梁端纵筋配筋率对延性的影响。分析结果表明当配筋率超过规范限值时延性变化并不显著,建议以实际配筋率作为限值以利于预应力结构的推广使用。     

预应力全装配混凝土框架节点的抗震性能试验研究

通过对3个预应力全装配混凝土框架节点的拟静力试验,研究了普通钢筋的弯矩贡献(Ms)与总弯矩(Mpr)的比值、普通钢筋是否有无粘结段对节点抗震性能的影响;之后对其中2个节点进行修复,并重新进行拟静力试验,研究节点修复后的抗震性能.试验结果表明预应力全装配混凝土框架节点的破坏集中在节点区域的灌浆料垫层,梁柱基本没有破坏,梁身裂缝及核心区剪切裂缝较窄且均能闭合;预应力筋始终保持弹性,可实现节点的自复位性能;普通钢筋的弯矩贡献比越大,滞回曲线越饱满,耗能能力越强,但残余变形也越大;普通钢筋是否有无粘结段对节点的抗震性能影响较小;修复节点的破坏状态与未修复节点一致,破坏集中在节点区域的砂浆垫层;修复节点的抗震性能基本可以达到原节点的水平.     

装配式先张预应力混凝土框架结构研究初探Ⅱ:抗震弹塑性分析

装配式先张预应力混凝土框架是一种新型的结构形式,该结构采用先张预应力混凝土梁与预制混凝土柱先铰接后刚接的特殊施工方式,可有效降低框架梁端的负弯矩与配筋数量。基于纤维模型分别建立7度(0.1g,0.15g)和8度(0.2g)设防的现浇混凝土框架与装配式先张预应力混凝土框架的一系列弹塑性分析模型,提出了可考虑装配式先张预应力混凝土框架施工过程影响的建模方法。采用静力弹塑性推覆分析和动力弹塑性时程分析对建议的新型结构形式的抗震性能进行考察。结果表明,装配式先张预应力混凝土框架与现浇混凝土框架的整体抗震性能指标接近,在破坏模式与损伤细节上则存在不同程度的差异。装配式先张预应力混凝土框架的承载力比现浇混凝土框架高6%~12%,罕遇地震下装配式先张预应力混凝土框架最大层间转角比现浇混凝土框架高1%~13%。     

低周反复荷载作用预应力混凝土砌块墙试验研究

通过预应力与非预应力混凝土小型空心砌块墙的水平低周反复荷载试验 ,研究了墙片出现裂缝至破坏的全过程 ,分析了钢筋应变、滞回特性、骨架曲线、延性、耗能及刚度退化等问题。试验结果表明 :墙体施加预应力后 ,既能较大幅度地提高其抗裂度和极限荷载 ,又能显著地改善其变形、延性及耗能等性能。为预应力混凝土砌块结构在抗震工程中的应用提供了理论基础     

配置600MPa钢筋的有黏结部分预应力混凝土梁变形性能试验研究

通过对8根配置600 MPa级钢筋的有黏结部分预应力混凝土梁进行试验,研究试验梁的变形性能。对比分析预应力度、非预应力纵向受拉钢筋强度等级、非预应力纵向受拉钢筋配筋率、混凝土强度等级对有黏结部分预应力混凝土梁挠度及刚度的影响。研究结果表明:提高配置600 MPa级钢筋的有黏结部分预应力混凝土梁的预应力度、非预应力纵向受拉钢筋强度等级、非预应力纵向受拉钢筋配筋率可以提高试验梁的受弯承载力,增加试验梁的刚度,减缓试验梁的刚度退化,提高非预应力纵向受拉钢筋强度等级、混凝土强度等级可以提高试验梁的变形能力。     

有粘结和无粘结预应力混凝土扁梁框架抗震性能试验

通过对一榀有粘结预应力混凝土扁梁框架和一榀无粘结预应力混凝土扁梁框架所进行的拟动力抗震性能试验,分析比较了它们的破坏形态、动力反应、滞回曲线、刚度退化等抗震性能。试验结果表明,有粘结预应力混凝土扁梁框架和无粘结预应力混凝土扁梁框架的各种反应没有显著的差异。无粘结预应力混凝土扁梁框架应当可以满足抗震要求。     

预应力与非预应力高性能混凝土梁抗震性能试验研究与有限元分析

基于预应力与非预应力高性能混凝土梁的低周反复荷载试验,对其受力过程、破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、恢复力模型、变形恢复能力、延性、刚度退化、耗能能力等抗震性能进行了较为深入的研究与分析。研究表明:非预应力高性能混凝土梁具有良好的抗震性能,中等预应力度的高性能混凝土梁也具有较好的抗震性能。编制了预应力与非预应力高性能混凝土梁基于本构关系的滞回全过程非线性有限元分析程序,程序计算值与试验结果吻合良好。     

基于不同预应力度的半刚性节点预压装配式预应力混凝土框架静力弹塑性分析

为了解考虑预应力度的节点半刚性对预压装配式预应力混凝土结构地震反应的影响,利用MIDAS/Gen软件建立模型对某7层预压装配式预应力混凝土结构进行静力弹塑性分析,通过改变预应力度大小,研究预压装配式预应力混凝土结构的受力性能、变形能力和框架的耗能机制。理论研究表明:节点半刚性对结构抗力影响很大,预应力筋在延缓结构抗力减小方面发挥了重要作用;在罕遇地震下不同预应力度预应力混凝土结构的层间位移角均能满足设计标准的要求,表明罕遇地震下的结构不产生过大变形;中等预应力度的结构在罕遇地震下,结构塑性铰出现位置除底层柱底外均在梁端,表明可以实现"强柱弱梁"破坏机制,塑性铰位置分布广泛,耗能良好,为整体屈服机制;预应力度较大的预压装配式预应力混凝土结构的抗震性能较好。     

抗震设防预应力混凝土框架结构的预应力度要求的最小梁高

考虑预应力混凝土结构的高强钢材以及预压应力的影响,预应力混凝土结构的截面延性能力相对较小。采用部分预应力混凝土截面能有效改善延性。为了提高预应力混凝土框架结构的抗震性能,设计时限制截面综合配筋指标以及预应力度,并控制梁的极限强度以保证强震时梁铰破坏机构的形成。各国规范基于上述研究结果,对框架梁端截面提出抗震设计有关条款。由于此设计要求与截面的正常使用阶段抗裂要求的设计目标相矛盾,导致截面高度因抗震要求而增加。为此,提出了强震下形成非梁端铰破坏机构的设计思路,并以算例论证按此方法设计预应力混凝土框架结构具备所需要的抗震能力。     

预应力框架节点抗震设计中两个问题的探讨

本文在部分预应力混凝土框架中节点的试验基础上，研究了部分预应力混凝土框架中节点与普通钢筋混凝土框架中节点受力性能的差异，并推导了中节点处梁柱宽度比的上限值。     

装配混凝土框架结构新型连接形式——预应力装配框架结构的研究

基于国内外对预制装配混凝土结构的节点和框架整体抗震性能的研究,并结合前期对装配混凝土框架结构的新型连接形式——预应力装配框架所做的试验和分析,提出了预制装配混凝土结构在今后实际工程中的发展趋势和研究方向。     

全预应力装配混凝土框架施工技术

基于国内外对预制装配混凝土结构的节点和框架整体抗震性能的研究,并结合本课题组对装配混凝土框架结构的新型连接形式所做的试验和分析,给出了全预应力装配混凝土结构在实际工程中的施工方法和注意事项。     

后张预应力压接装配混凝土框架结构足尺试验研究

为研究预应力压接高效装配式混凝土框架体系(PPEFF体系)的抗震性能和预应力筋锚具意外失效情况下的抗连续倒塌性能,开展了二层三跨足尺平面框架模型的试验研究。框架模型首层层高4.2 m,顶层层高3.5 m,中梁跨度为8.5 m,边梁跨度为7.5 m,按GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》中抗震设防烈度8度(0.3 g)进行设计。试验中首先在框架顶部施加低周水平往复荷载,当加载至0.01 rad位移角时,框架梁端和柱脚耗能钢筋屈服;当加载至0.0195 rad位移角时,结构残余位移角为0.005 rad,展现了良好的低损伤和自复位特性;当加载至0.04 rad位移角时,水平荷载达到峰值,预应力筋仍处于弹性工作状态,展现了良好的抗侧能力和耗能能力。详细观测了加载全过程结构的变形、刚度退化、耗能、预应力变化和梁伸长等行为,并进行了数值分析,与试验结果吻合良好。为进一步验证经历强震损伤后梁端受剪承载力和梁跨中局部有黏结构造措施的有效性,在水平加载试验结束后,人为去除框架一层端部预应力筋锚具,对梁端进行了剪切试验,获得了预应力筋有效和失效情况下PPEFF节点梁端受剪破坏模式,验证了PPEFF梁柱节点具有良好的抗剪能力和安全储备。     

44錳2硅高强钢筋在先张法预应力混凝土结构中的应用

我国预应力混凝土结构多以冷拉A5钢筋配筋,由于纲材强度较低,尚不能充分发挥预应力混凝土的优越性,近年来,建筑工程部建筑科学研究院与天津纲厂合作研究成功44Mn2Si高强钢筋(以下简称钢筋),与A5钢筋比较,强度提高55％,而成本仅增加8％左右,适于作预应力混凝土的主筋。考虑到这种钢筋尚未在建筑结构中使用过,我们结合生产对钢筋的材料性能、先张法生产工艺及结构性能进行了比较系统的试验研究,在此基础上,生产了一批24米先张法预应力混凝土拱架,已在工程中使用。现将试验研究与使用情况作简单的介绍。     

不同高强预应力管桩抗震性能的试验对比

工程中常采用填芯,掺加钢纤维以及配置非预应力筋等方式来增强预应力混凝土管桩的抗弯承载力,但是这些改进后的管桩在地震荷载作用下的受力性能还不明确。通过三组试件的低周往复加载试验,分别从滞回耗能延性和承载力等几个方面研究预应力混凝土管桩(PHC管桩)、预应力钢纤维高强混凝土管桩(SFPHC管桩)、添加普通钢筋的预应力高强混凝土管桩(PRC管桩)的抗震性能以及填芯对管桩抗震性能的影响。试验结果表明:添加普通钢筋能够很好地改善PHC管桩的抗震性能。填芯能够提高PHC和SFPHC管桩在往复荷载作用下的承载力并能增强PRC管桩的耗能能力。各类填芯管桩的延性相对于未填芯管桩均有明显的改善。