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套建增层预应力钢骨混凝土框架抗震性能试验与分析

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套建增层预应力钢骨混凝土框架抗震性能

套建增层预应力钢骨混凝土框架抗震性能

TEST AND ANALYSIS ON SEISMIC PERFORMANCE OF JACKETING PRESTRESSED STEEL REINFORCED CONCRETE FRAME

摘要

Abstract

Contents

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 套建增层工程实践及研究概况

1.2.1 套建增层工程实践

1.2.2 研究现状

1.3 存在问题

1.4 本文开展的工作

第2章 型钢混凝土梁-角钢混凝土柱框架抗震性能试验

2.1 概述

2.2 试验概况

2.2.1 试件设计与制作

2.2.2 预应力筋的张拉

2.2.3 材料的力学性能

2.3 加载方案及量测方法

2.3.1 量测内容及测点布置

2.3.2 试验装置及加载制度

2.4 试验结果与分析

2.4.1 试验过程及现象描述

2.4.2 塑性铰区型钢的应变变化

2.4.3 裂缝分布及破坏形态

2.4.4 滞回曲线及骨架曲线

2.4.5 耗能能力

2.4.6 刚度退化

2.4.7 变形恢复性能

2.4.8 与其他类型框架抗震性能的比较

2.5 本章小结

第3章 型钢混凝土梁-角钢混凝土柱框架力学性能有限元模拟

3.1 概述

3.2 基于三维单元的框架力学性能有限元分析

3.2.1 材料本构关系

3.2.2 边界条件及荷载施加

3.2.3 有限元模型的建立

3.2.4 收敛准则

3.2.5 负刚度处理

3.2.6 计算结果

3.3 基于纤维梁-柱单元的框架滞回性能有限元分析

3.3.1 基本假定

3.3.2 材料本构关系

3.3.3 数值分析模型的建立

3.3.4 收敛准则及负刚度处理

3.3.5 计算结果

3.4 计算及试验结果的对比

3.5 本章小结

第4章 型钢混凝土梁-角钢混凝土柱框架滞回性能参数分析

4.1 概述

4.2 研究对象

4.3 分析参数的确定

4.4 参数分析

4.4.1 影响参数的分析

4.4.2 滞回曲线的特点

4.5 水平荷载-位移恢复力模型

4.5.1 骨架曲线

4.5.2 滞回规则

4.6 本章小结

第5章 套建增层预应力钢骨混凝土框架弹塑性地震反应分析

5.1 概述

5.2 分析对象的形成

5.2.1 分析模型的选取

5.2.2 套建增层预应力钢骨混凝土框架内力及配筋计算程序

5.3 弹塑性地震反应分析基础

5.3.1 结构弹塑性分析力学模型

5.3.2 梁柱截面M-φ恢复力模型

5.3.3 地震记录的选取

5.3.4 倒塌机制的判断准则

5.3.5 套建增层预应力钢骨混凝土框架时程分析前处理程序

5.4 罕遇地震作用下套建增层预应力钢骨混凝土框架时程分析

5.4.1 8度区罕遇地震作用下时程分析

5.4.2 7度区罕遇地震作用下时程分析

5.5 本章小结

第6章 套建增层框架抗震性能决策系统及应用实例

6.1 概述

6.2 套建增层框架抗震性能决策系统简介

6.2.1 分析对象

6.2.2 套建增层框架抗震性能决策系统的编制过程

6.3 套建增层框架的设计建议

6.3.1 外套分离式预应力钢筋混凝土框架

6.3.2 外套分离式巨型框架

6.3.3 设计建议

6.4 应用实例

6.4.1 实例背景

6.4.2 决策系统的应用

6.4.3 综合评价

6.5 本章小结

结论

参考文献

附录A型钢混凝土梁-角钢混凝土柱节点的设计建议

附录B波加速度时程曲线和反应谱曲线

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

哈尔滨工业大学博士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学博士学位论文使用授权书

致 谢

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摘要

随着建筑业的发展,我国的房屋建设已经从“以新建为主”过渡到“新建与维修、加固、改造相结合”的阶段。在现阶段,改造的重要内容之一是既有房屋的增层改造。既有房屋增层改造又分为直接增层、室内增层、套建增层和地下掏建增层。包括哈工大在内的相关单位已开展既有房屋套建增层研究多年。本文在已有研究的基础上继续就既有房屋套建增层问题开展以下研究工作:
  (1)针对施工过程中原房屋屋盖难以承担套建新增结构第一层楼盖流态混凝土自重及施工荷载这一问题,提出一种以内置 H型钢预应力混凝土组合梁作为框架梁、以角钢混凝土柱作为框架柱的新型套建增层用框架结构。通过在H型钢下侧挂底模,并以底模为支撑设置侧模,可实现在施工过程中由钢梁承担楼盖流态混凝土及施工荷载,避免将其传递给原房屋屋盖,保证了原房屋的安全与正常使用。这种预应力钢骨混凝土框架还具有梁的内置 H型钢及预应力束和喇叭管等方便从柱内置角钢间通过的优点。
  (2)这种新型框架的框架梁为内置实腹型钢的构件,框架柱为内置空腹角钢骨架的构件,其整体抗震性能未见相关报道。为此,完成了两榀剪跨比为5、轴压比为0.1的单层单跨型钢混凝土梁-角钢混凝土柱框架模型在水平低周往复荷载作用下的试验,获取了第一手资料。两榀框架模型在水平峰值荷载下等效粘滞阻尼系数分别为0.2和0.19,高于普通预应力钢筋混凝土框架,与梁柱均为实腹式构件的型钢混凝土框架接近,表明这种新型框架具有良好的抗震性能。
  (3)为全面获取这种新型框架的力学性能,采用有限单元法对单层单跨型钢混凝土梁-角钢混凝土柱框架进行参数分析,获得了各考察参数下框架的滞回性能,建立了单层单跨框架的荷载-位移恢复力模型,为结构的弹塑性动力分析提供参考。针对这种新型套建增层框架存在侧向刚度及质量沿房屋高度分布不均匀、在罕遇地震作用下抗倒塌能力缺乏研究等问题,对按相关规范和标准设计的,位于不同抗震设防区、不同场地类别、采用不同地震设计分组、具有不同底层层高和增层层数的套建增层预应力钢骨混凝土框架进行罕遇地震反应分析。获得了按现行标准的原则设计的套建增层框架在罕遇地震作用下的倒塌规律,并提出了防倒塌措施。
  (4)套建增层可采用(预应力)钢筋混凝土框架、巨型框架及(预应力)钢骨混凝土框架等多种结构,为方便建设单位和设计者决策,编制了“套建增层框架抗震性能决策系统”。该决策系统目前可对套建增层用(预应力)钢骨混凝土框架、(预应力)钢筋混凝土框架和巨型框架进行配筋设计及罕遇地震作用下的时程分析。采用该决策系统,结合具体工程实例,给出了三种套建增层框架的配筋设计、弹塑性验算及性能评价。

著录项

  • 作者

    王琨;

  • 作者单位

    哈尔滨工业大学;

  • 授予单位 哈尔滨工业大学;
  • 学科 结构工程
  • 授予学位 博士
  • 导师姓名 郑文忠;
  • 年度 2010
  • 页码
  • 总页数
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种 中文
  • 中图分类 TU398.9;TU352.11;
  • 关键词

    套建增层; 预应力; 钢骨混凝土框架; 抗震性能;

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