预应力型钢混凝土框架试验研究及分析

预应力型钢混凝土(PSRC)结构是一种结合预应力混凝土结构与型钢混凝土结构优点的组合结构。为研究预应力型钢混凝土框架的受力性能及弯矩重分布规律,完成2榀接近足尺单跨预应力型钢混凝土框架静力试验,分析其受力过程、破坏形态、裂缝的开展与分布、刚度变化以及内力重分布规律。实验结果表明,预应力型钢混凝土框架梁发生类似于钢筋混凝土适筋梁的正截面受弯破坏,属延性破坏,在达到正截面承载能力极限状态之前基本符合平截面假定。基于实验,提出了考虑次轴力的预应力型钢混凝土框架梁的承载力计算公式。试验弯矩调幅值约为30%,调幅能力高于普通后张有粘结预应力混凝土框架结构。

预应力型钢混凝土框架试验研究和设计理论

基于两榀预应力型钢混凝土框架的竖向静力试验,对其破坏形态、裂缝的开展与分布、刚度变化、弯矩调幅等特征进行研究.试验结果表明:预应力型钢混凝土框架梁发生类似于钢筋混凝土适筋梁的正截面受弯破坏,属延性破坏,框架梁端形成塑性铰实现了塑性内力重分布,位移延性比大于3,弯矩调幅值为30%左右,弯矩调幅值高于普通预应力混凝土结构.最后分析了次内力产生的本质,提出考虑次内力包括次弯矩、次轴力的预应力型钢混凝土结构的抗弯极限承载力、抗裂度、刚度及最大裂缝宽度计算公式,计算结果与试验数据较吻合.本文计算理论反映了现代预应力设计理论的新思想,为《预应力混凝土结构设计规范》的编制提供依据.

有粘结和无粘结预应力型钢混凝土框架竖向抗震性能研究

为了研究预应力型钢混凝土(PSRC)结构在竖向地震作用下的抗震性能,完成了在梁中设置有粘结和无粘结预应力筋的两榀预应力型钢混凝土框架在竖向低周反复荷载作用下的试验研究,并采用ABAQUS有限元模型对试验曲线进行数值模拟。试验所得滞回曲线基本继承了型钢混凝土结构滞回曲线饱满的特点,并且有着预应力混凝土结构滞回曲线的捏拢效应。研究结果表明该结构形式具有较高的承载能力,优异的抗裂性能及裂缝闭合能力,以及较好的耗能能力和变形延性。ABAQUS计算所得滞回曲线与试验结果符合程度较好,模拟得到了滞回曲线的捏拢效应以及荷载下降段,说明了计算模型的可靠性,特别是所采用的损伤因子计算方法的可行性。

新型预应力型钢混凝土框架有限元模拟与分析

结合预应力型钢混凝土梁跨度大、承载力髙及截面尺寸小等优点,以提髙框架结构的抗震性能及简化构造 为目标,对框架柱采用钢管混凝土核心柱,构建出一种新型预应力型钢混凝土组合框架结构,进行了相关的试验研 究及理论分析.进行型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱组合框架试件在水平低周往复荷载作用下的试验研究,观察 试验过程及破坏形态.其后,基于三维单元理论对型钢混凝土梁-钢管混凝土核心柱组合框架模型进行水平荷载作 用下的力学性能有限元模拟.结果表明,基于此类单元理论的有限元分析方法获得的极限承载力和初始刚度与实测 值均吻合相对较好.

无粘结预应力型钢混凝土框架竖向抗震性能数值分析

主要研究了梁中施加无粘结预应力的型钢混凝土(UPSRC)框架在竖向反复荷载下的抗震性能。先通过已有试验对本文ABAQUS有限元建模手段进行校准,然后利用该方法模拟得到了11榀UPSRC框架在竖向反复荷载下的荷载-挠度滞回曲线,并从强度、耗能、延性以及刚度退化等方面分析了UPSRC结构竖向抗震性能的特点以及梁中纵筋配筋率、力筋配筋率以及型钢含钢率对各抗震性能指标的影响。

预应力型钢混凝土框架滞回性能有限元分析

预应力型钢混凝土结构是指由型钢混凝土结构同时放置预应力钢绞线组合而成的特殊结构形式。该结构使型钢混凝土结构和预应力结构的特点集于一身,可以适应更大的跨度,拥有更高承载力等优点,在现代大空间建筑中有很广泛的用途。目前,国内外对这种新型组合结构的研究和工程应用还较少,拥有很高的研究价值。对影响预应力型钢混凝土框架滞回性能的几个参数进行ANSYS有限元分析,并提出了该类结构在工程设计中的相关建议。

大跨度预应力型钢混凝土框架结构施工技术

泉州市行政管理服务中心7#、8#楼为典型大跨度预应力型钢混凝土框架结构。本文探讨了预应力型钢混凝土梁柱型钢的安装、钢筋及预应力筋的安装及施工难点,重点介绍梁柱节点区型钢、钢筋、预应力筋施工上的做法。

预应力型钢混凝土框架弯矩调幅限值研究

结合试验分析,利用有限元软件ABAQUS模拟试验全过程,并与试验结果进行对比,取得较好的结果。研究了试验框架极限状态下的内力重分布情况。设计对比框架,改变影响因素,研究预应力度、相对受压区高度、有效预应力等各种因素对预应力型钢混凝土框架极限状态时支座截面弯矩调幅的影响。其中,相对受压区高度和有效预应力对延性影响较大,增大时截面弯矩调幅能力减小。

预应力混凝土梁-型钢混凝土柱新型框架节点受剪承载力计算方法

梁柱节点受剪承载力计算是混凝土框架结构节点抗震设计的关键点之一,由于节点剪力传递机理与构造的复杂性,目前尚未形成完善的节点受剪承载力计算理论。该文阐述了预应力混凝土梁-型钢混凝土柱新型框架节点的受力机理,并基于桁架模型和斜压杆模型,提出了一种同时考虑预应力筋与型钢贡献的节点受剪承载力计算方法。开展了新型节点受力性能拟静力试验,分别选取了梁端破坏与节点剪切破坏两种破坏形式的节点试验数据,对所建立的新型节点受剪承载力计算方法进行了验证评估,结果表明,该文提出的预应力混凝土梁-型钢混凝土柱框架节点承载力计算方法具有较好的精度。

预应力型钢混凝土框架梁试验研究及抗裂度分析

基于两榀大尺度后张有粘结预应力全型钢混凝土框架的静力试验,对预应力型钢混凝土框架梁的抗裂度进行了测试和理论研究。应用混凝土基本原理、GB 50010—2002《混凝土结构设计规范》和ACI318—05规范中抗裂度公式推导了考虑次轴力的预应力型钢混凝土框架的抗裂度计算公式,用试验值进行验证。结果表明:按照混凝土基本原理推导的公式计算值与试验结果相比误差较小,一般在6%以内;GB50010—2002推导的开裂弯矩计算值相比试验值误差在10%左右,能够满足工程需要,且计算简单;按ACI318—05计算的开裂弯矩小于试验值,工程应用时偏于不安全。

预应力型钢混凝土框架梁弯矩调幅试验研究

为研究预应力型钢混凝土框架梁的内力重分布及弯矩调幅规律,完成了2榀预应力型钢混凝土框架的竖向静力实验.结果表明:预应力型钢混凝土框架梁能够实现内力重分布,梁端截面荷载曲率曲线近似为线性.采用有限元分析软件对试验框架进行了仿真模拟,并对试验框架梁型钢截面尺寸、相对受压区高度的参数进行分析.基于试验及有限元分析结果,提出了预应力型钢混凝土框架梁端塑性铰长度计算公式,并给出了以梁端控制截面在极限荷载下的弹性弯矩计算值与张拉引起的次弯矩之和为调幅对象、以相对受压区高度和塑性转角为自变量的调幅系数计算公式.

单调与反复竖向荷载作用下无黏结预应力型钢混凝土框架受力性能试验研究

对两榀无黏结预应力型钢混凝土(PSRC)框架进行了试验研究,分别施加单调与反复竖向荷载,分析并比较不同竖向荷载形式下无黏结PSRC框架的受力特征及其差异,以研究反复荷载作用对其受力性能的影响。试验结果表明:无黏结PSRC框架开裂后刚度不发生明显变化,具有优良的承载力及延性,单调荷载作用下框架的计算延性指标约为3.36;反复荷载作用下,其滞回曲线较为丰满,呈现一定的"捏拢"效应,最大能量耗散系数为1.36;达到极限荷载前,两框架的刚度、所受荷载值及正向作用下的裂缝开展情况基本接近,力加载阶段框架梁上最大裂缝宽度分别为0.11mm和0.08mm,反复荷载对结构性能的退化作用不明显;极限荷载作用后,单调荷载下框架所受荷载下降平缓,而反复荷载作用下框架所受荷载快速下降,且随着变形增大,速度变快。基于OpenSEES程序对竖向反复荷载作用下的无黏结PSRC框架的受力性能进行了模拟,其荷载-位移计算曲线与试验结果吻合良好。

部分预制预应力型钢混凝土梁受力性能试验与设计方法研究

为简化现场施工工序,创新将预应力技术与装配式技术集成应用于型钢混凝土结构中,提出部分预制预应力型钢混凝土(PPPSRC)梁。通过5个梁试件的受弯性能试验及5个梁试件的受剪性能试验,研究了预应力施加顺序、预应力度、预应力筋高度及预制混凝土种类对PPPSRC梁的破坏形态和截面应力发展的影响,并结合试验结果对各试件的裂缝发展规律、承载及变形能力进行了分析研究。研究结果表明:预应力施加于梁预制部分或施加于整个梁对PPPSRC梁受力性能影响较小,不同预应力施加顺序的试件开裂荷载与峰值荷载差值均在5%以内;预应力度和预制部分混凝土种类对PPPSRC梁的抗裂性能影响显著,其中PPPSRC梁的开裂荷载相较于普通型钢混凝土梁最高可提高166%,而预制部分采用超高性能混凝土相比预制部分采用普通混凝土的试件开裂荷载可提高33%。基于试验结果建立了适用于PPPSRC梁的受弯、受剪承载力以及开裂荷载的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。

两跨非规则预应力型钢高强混凝土框架静力性能分析与设计

为研究基于套建增层的两跨非规则预应力型钢高强混凝土框架(PSRCF)静力受力性能,以高强混凝土强度等级、框架柱轴压比和长细比、框架梁跨高比、框架柱角钢含钢率以及预应力筋的张拉控制应力为主要参数,设计了15组单层两跨PSRCF体系;基于简化力学模型和材料本构关系,利用ABAQUS软件建立PSRCF的有限元模型,开展了单跨非规则预应力和非预应力框架的滞回分析,对通过仿真分析获得的滞回曲线和骨架曲线与拟静力试验结果进行对比,以验证有限元模型的合理性;基于此开展15组单层两跨PSRCF在竖向轴力及水平荷载作用下的静力分析,得到框架的单调荷载-位移曲线,考察了荷载-位移曲线随主要参数的变化规律,给出结构体系的塑性铰出现顺序和两跨PSRCF在套建增层工程中的设计建议。结果表明:柱的轴压比和长细比是影响框架静力性能的主要因素,塑性铰依然按照强柱弱梁的顺序出现,两跨非规则框架结构体系设计是合理的,可为该类新型结构体系在地震区的推广应用奠定基础。

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。

预应力型钢混凝土框架梁正截面承载力试验及计算

在两榀预应力型钢混凝土框架竖向静力试验的基础上,提出两种考虑侧向约束影响的预应力型钢混凝土框架梁正截面受弯承载力的计算方法:基于塑性理论下限定理的改进"一般叠加法"和基于《混凝土结构设计规范》基本假定的正截面承载力计算方法。两种方法计算结果与试验误差基本在10%以内,吻合较好,说明所建议方法的理论依据是可靠的,可用于工程设计,为《预应力混凝土设计规范》的编制提供参考。

大跨后张有粘结预应力型钢混凝土框架梁结构设计

基于前期研究及《预应力混凝土结构设计规范》（JGJ 369—2016）的编制,主要介绍了后张有粘结预应力型钢混凝土框架梁的抗弯承载力、刚度、裂缝计算方法、规范中计算公式的来源以及基于延性控制的竖向抗震设计方法。在塑性及延性性能基础上给出了型钢、预应力筋及受力筋配置量的参考值,对于该结构基于性能的优化设计具有参考作用。最后对该结构形式的不足与发展提出建议,以期对其推广起到积极作用。

预应力型钢混凝土框架梁弯矩调幅系数影响因素分析

采用ABAQUS非线性有限元分析方法,分析了预应力度、有效预应力、预应力筋反弯点长度与线形、含钢率及截面相对受压区高度等因素对预应力型钢混凝土框架梁弯矩调幅系数的影响。研究表明:预应力度、含钢率及截面相对受压区高度对预应力型钢混凝土框架梁弯矩调幅系数影响较显著,随着预应力度、截面相对受压区高度的降低及含钢率的增加,弯矩调幅系数增大;预应力筋的有效预应力、预应力筋反弯点长度与线形的变化可以改变框架梁次弯矩,从而对框架梁弯矩调幅系数产生影响。通过对弯矩调幅系数的分析,建议预应力度λ不宜大于0.6,经济合理含钢率为5%左右,截面相对受压区高度不宜大于0.32。

预应力型钢混凝土框架结构竖向反复荷载作用下抗震性能试验研究

通过对1榀柱中内置型钢和1榀梁柱均内置型钢的预应力型钢混凝土框架的竖向反复荷载试验,研究预应力型钢混凝土框架的破坏机制、滞回特性、延性、刚度和耗能等性能。结果表明:预应力型钢混凝土框架梁是梁铰破坏机制,极限状态时"拱效应"提高了框架梁的承载能力;预应力型钢混凝土框架梁滞回曲线饱满,变形恢复能力小于普通预应力混凝土框架梁;预应力型钢混凝土框架梁位移延性系数均值为4.8,普通预应力混凝土框架梁的为4.18,均有较好的延性;等效黏滞阻尼系数介于0.258～0.323之间,说明2个试件破坏时截面具有良好的耗能能力;参数分析表明,试件延性系数受含钢率影响不大,随内置型钢截面高度与梁截面高度比值增大而增大。

套建增层预应力型钢混凝土组合框架罕遇地震下抗倒塌性能分析

目的研究罕遇地震作用下套建增层预应力型钢混凝土组合框架在不同抗震设防区和场地土下的倒塌规律,以提高套建增层组合框架结构的抗倒塌能力.方法采用IDARC平面分析程序对一榀单层单跨预应力型钢混凝土梁-角钢混凝土柱组合框架开展滞回性能全过程分析,并与试验结果对比,验证所建数值模型的可靠性,在此基础上建立单跨多层结构形式的套建增层组合框架数值模型,并开展罕遇地震作用下弹塑性时程分析.结果随着套建增层组合框架底层柱高度的增加和增层层数的增多,底层柱损伤呈降低的趋势;同时依据套建增层组合框架底层层高和增层层数,得到了8度和7度抗震设防区下,I、II、III类场地土上套建增层组合框架的倒塌范围.结论倒塌的套建增层组合框架均表现为底层出现层间铰的倒塌机制,依据现行规范对倒塌的套建增层组合框架提高一个抗震等级后均可避免其发生倒塌破坏,可为相关工程设计提供参考.