文摘

预制混凝土结构是建筑工业化的路线。它可以实现低能耗和低排放的施工过程和有效地满足绿色建筑行业的发展需求。基于预应力技术,获得预应力预制混凝土结构的连接产生关节和持续集成框架,它能改善地震安全,广泛应用于地震区域。研究预应力装配式混凝土框架结构的抗震性能,实验的动态加载和低周反复荷载下混凝土框架。单拱桥的三层预应力装配式混凝土框架可以准确地代表了承载能力和多层框架的破坏机制。研究结果表明,实验标本有良好的行为,如完整的磁滞曲线,适当的位移恢复能力,和能量耗散;最大层间漂移率到达0.27%没有损坏帧在小地震受到102加地面加速度峰值;框架是可修复的在中度地震最大层间漂移率到达0.73%受到204加地面加速度峰值;塑性铰出现在低周反复荷载下梁的末端首先截面曲率延性系数的范围从3.64到5.62;双轴压缩在梁柱节点获得的帮助下柱轴向力和水平预应力; the beam fails before the column in the prestressed fabricated concrete frame at interlayer drift ratio between 1.56% and 2.56%.

1。介绍

预制混凝土结构是起源于西欧,在欧洲和北美的发达。它已成为一个主要的建筑结构在欧洲等发达国家,美国和日本。预制混凝土施工工艺的完善和预制混凝土结构体系的发展,预制混凝土结构具有更低的成本、更快的建设,质量提高,优于现浇混凝土结构。因为连接不能满足地震作用下承载能力的要求,预制混凝土结构被认为是不可靠的地震多发地区,推广困难。近年来,预制混凝土结构受到更多的关注,被称为建筑工业化的目标。后张法一直被应用在许多地震阻力系统恢复力的关键技术机制,消除残余建筑漂浮后地震荷载(1]。基于后张法预应力预制装配式混凝土结构的连接获取生产关节和持续集成框架。链是通过预留预应力管道在梁和柱,然后,他们伸展形成集成的梁柱连接。不仅仅是作为一种组装方法在施工阶段,但也熊最后时刻连接的梁可以转让的有效光束。自1990年代中期以来,预制结构的抗震设计主要依赖于利用无界后张建立预制构件之间的连接和一个相邻的预制或现浇混凝土元素(2- - - - - -4]。这个概念使预制装配式混凝土结构经验最低结构性破坏和提供自动定心的能力当受到侧向力。

的无限posttensioned预制混凝土系统研究了在美国早期的时间。的相关实验和理论分析已经完成贴合连接配置和性能的混凝土系统。Aaleti和Sritharan5]研究了无界posttensioned预制墙系统,单一的墙壁,和连接墙系统设计无界后张经验最低结构性破坏和2%,大型横向地震载荷作用下漂移,应该提高延性和耗能能力。为了评价半刚性的接头的抗震性能在多层预制框架,Haluk Sucuoglu预制混凝土结构的非弹性地震反应计算(6]。在分析的过程中,预制混凝土连接的不变性因素作为变量。不变性因素的分析表明,当预制混凝土结构的半刚性的关节都大于0.8,几乎没有区别预制结构和悬臂结构的地震响应。

2003年,欧洲共同体发起的国际合作项目,欧洲第五框架计划:预制混凝土结构的抗震性能对Eurocode 8,旨在调查预制装配式混凝土结构的抗震性能和修改Eurocode 8。Giandomenico Toniolo和安东内拉·科伦坡·拉斯泰利检查问题的预制混凝土建筑的抗震设计在2009年的拉奎拉地震7]。分析后,给出了建议的单层建筑工业使用,并提出了一些可能的替代方案,确保所有建筑的稳定标本。一个典型的具体计算预制结构有力量的大小和/或位移的设计连接。

在中国,刘等人。8- - - - - -10)研究了在双跨单层和双跨两层预应力装配式混凝土框架获得抗震性能,包括刚度退化、滞后行为,位移延性和能量耗散。结果表明,预应力装配式混凝土框架具有良好的抗震性能和满足需求的建筑抗震设计规范》。

就像前面提到过的段落,这篇文章的作者研究了双跨单层和双跨两层预应力装配式混凝土框架,和这些实验显示动静力预应力装配式混凝土框架的抗震性能。它还显示了预应力装配式混凝土框架的抗震性能与单一故事和两个故事。然而,数据仍然稀缺,我们需要进一步的研究提供更多的证据。为了进一步研究力学行为和多层预应力装配式混凝土框架结构的延性特征,探讨单拱桥三层预应力装配式混凝土框架由似动力测试和pseudostatic测试集中在抗震性能,如破坏机理、刚度退化、滞后行为,和曲率延性。

2。实验程序

2.1。测试设置

单拱桥的三层预应力装配式混凝土框架被任命为KJ-6。标本的设计,包括尺寸和强化,总结了CAD模型如图1。混凝土立方体治愈的立方抗压强度相等的条件f_铜= 45.7 N /毫米²。单管标本只让一个低松弛链,715,f_py= 1811 N /毫米²屈服强度、f_pt= 1974 N /毫米²极限强度现场调查。20的HRB335f_py= 477 N /毫米²屈服强度实际上,受雇为常见的增援部队。ϕ6的HPB235f_py= 294 N /毫米²屈服强度实际上,担任箍筋(表1)。

实验标本是在工厂,然后进入实验室。首先,预制组件在现场组装成一个整体框架。然后梁、柱之间的差距被胶体密封环氧树脂水泥,钢铁股通过线性波纹管。最后,链一端张拉应变的控制σ_反对= 0.75f_强。

反应框架加载分离槽在实验前30毫米的差距,然后,轴向压力控制的两个液压千斤顶的柱轴向压缩比增加到0.2。自反应框架还通过连接螺栓连接到槽,它们之间的差距让大变形框架顶部的侧向力的过程。此外,轴向压力保持不变在整个实验阶段。

MTS伺服液压控制的测试系统提供侧向力框架使用三个电液伺服作动器。致动器的方向向前推动帧被定义为加载;否则,它被定义为反向加载。致动器的最大推力为1060 kN,最大拉力是670 kN,±250毫米的距离。测试机器和调查标志如图2。似动力测试是由MTS伺服液压控制的测试系统和测试件似动力图坦卡蒙由清华大学(11),包括α方法(12,13)和PC-Newmark方法(14]。

地震波是基于EI-Centro波,1940 ns的波形图如图3;第一个10年代分析,输出时间步长设置为0.02秒。通过调整峰值地面加速度来获取结果,峰值地面加速度包含2×34加3×34加6×34加。pseudostatic测试是通过MTS伺服液压控制的测试系统,并采用荷载位移加载方法如图所示4。在前一阶段,侧向力应用倒三角形分布前帧了。在最后阶段,应用了侧向位移振动模式的横向位移比例是1.00:0.75:0.40。

2.2。加载程序似动力测试

似动力测试后进行参数输入到计算机。峰值地面加速度时2×34加弹性曲线线性变化基本上与帧在这一阶段保持弹性。

峰值地面加速度时3×34加,向前的最大位移和扭转位移的第一层是3.32毫米和3.63毫米。第二层的最大向前位移和扭转位移是6.35毫米和7.11毫米。向前的最大位移和扭转位移的第三层是8.86毫米和10.97毫米。在垂直荷载、梁的两端被负弯矩的影响。远期横向荷载的左端梁的行动在正弯矩和抵消负弯矩引起的垂直荷载;向前负弯矩和竖向荷载作用下横向荷载叠加的右端梁,和裂缝增长∼0.2毫米到0.1毫米。微裂隙底部列是完全封闭的,当卸载和框架变形基本恢复。

峰值地面加速度时6×34加,三层的位移突然增加,向前和最大位移和扭转位移的第一层上面是9.56毫米和10.62毫米;第二层的最大向前位移和扭转位移前20.21毫米和22.31毫米;向前和最大位移和扭转位移的第三层是25.13毫米和33.12毫米。在负弯矩的叠加下,裂缝从0.2毫米到0.4毫米是出现在顶部的拼接,几乎和预应力钢产量。在梁的底部受压区,枕梁和梁的水平或斜裂缝。由于预应力钢的影响卸货后,梁的变形可以恢复。列的变形不能完全恢复,和帧开始显示出塑性。

2.3。加载程序Pseudostatic测试

荷载位移曲线匹配的线性趋势,框架在弹性工作阶段时,侧向力增加到55%的极限载荷。当侧向力65%的极限载荷,缓坡倾斜微裂隙是出现在枕梁和梁的拼接,和微裂隙不能完全闭合。随着荷载继续增加,上面的裂缝进一步扩展。尽管传播稍微拉伸区域的梁和列结束,裂缝卸货时仍然可以关闭。最终提高侧向力的80%,顶部的侧向位移到达40毫米,压缩混凝土梁的领域一直被应用在极限状态结束,增援部队取得了在拉伸区域。有微小的斜裂缝的底部列,当时,侧向位移加载模式。然而,侧向力仍然与增大位移增加。

顶部位移约55毫米时,第一层混凝土支撑的压缩区开始辍学,和第二层梁压缩区开始裂纹温和的和间接的。顶部位移近60毫米时,几个斜裂缝,其宽度是0.3毫米和0.5毫米之间,第一层柱的底部,生成和侧向力已经开始下降。顶部位移到95 mm时,梁的压缩区结束,第一层混凝土压碎,第二层混凝土开始碎裂,因为压力已达到终极,第三层混凝土裂缝和轻微受损。此外,最广泛的交叉的裂纹达到1.0毫米第一层柱的底部,和承载能力的降低是一些不太明显的。

3所示。结果

3.1。似动力测试结果

本节显示了动态载荷分析的结果单拱桥三层预应力装配式混凝土框架。

图5显示了框架的位移时程曲线在不同峰值地面加速度。同样,图6显示了恢复力在不同峰值地面加速度时程曲线。

不同峰值地面加速度下的恢复力特性曲线如图所示7。恢复力特性曲线,也称为滞回曲线,通常具有滞回特性和循环的形状,反映出机械性能如强度,刚度、延性和能量耗散。在实验中,三个电液伺服作动器应用随机地震波框架的每一层,但每一层的位移约束不能同步,因为其他层。第三层恢复力特性曲线是线性分布在2×34加,和能源消费结构表现良好,框架在弹性状态。第三层恢复力特性曲线显示缩放现象6×34岁以下女孩,和框架是在一定的塑性状态,而能源消耗并没有显著变化。相对于第一层恢复力特性曲线2×34加下,恢复力特性曲线在6×34加更完整,和更多的能源消耗。此外,框架显示塑性状态,和预应力作用下的变形恢复得很好。

表2显示了框架的层间漂移和漂移率在不同峰值地面加速度。最大层间漂移率是0.27%在2×34加和3×34加。层之间的最大漂移率是0.73%低于6×34加,这显然比前两个条件,表明结构提出了塑性。结果表明,该框架能满足中国的三级设计的要求。

似动力测试的结果显示,曲线的峰值地面accelerations-interlayer(图中获取最大位移8)。在2×34加和3×34加层的最大位移几乎是一条直线。每一层的最大位移下突然改变6×34加,这是明显大于前两个条件。随着楼层的增加,增长速度快,表明所给出的框架有可塑性。

在测试过程中,得到位移和层间剪力、层间剪切力是除以层间位移,即横向框架的刚度层,峰值加速度和层间刚度关系曲线。

层间剪切力除以层间位移、层间割线刚度。峰值地面加速度和层间刚度之间的关系如图9。输入值的峰值地面加速度增加,开裂和破坏也逐渐发现,层间刚度逐渐恶化。由于每一层的不同程度的伤害,有一层间刚度的不同刚度退化。在列的部分和高度相同,列是螺栓连接到测试站,所以底层刚度大约是第二个层刚度的1.5倍。框架的顶部是一个免费的结束以来,第三层的刚度是第二个层刚度的0.5倍。

3.2。Pseudostatic测试的结果

本节显示了低周反复荷载作用的结果的分析单拱桥三层预应力装配式混凝土框架。实验表明,第三层梁结束没有产量和其他梁先后成立了塑料铰链结束。最后,由于产量增援,碾压混凝土,裂缝的出现,侧向力下降和结构失败了。核心区域的抗裂性已经大大改善,由于帧关节在双轴压缩的条件。与现浇框架相比,预应力装配式框架具有类似的行为和梁是失败在列。

图10显示了侧向位移测量在每个负载增加的荷载位移滞回曲线。由于每个执行机构之间的相互限制,第二层的荷载位移滞回曲线略有无序。

随着位移的增加,曲线不能回到初始点,和残余变形的增加。这是因为负弯矩叠加在梁在侧向力的工作结束,这就增加了塑性变形的紧迫的地区。卸货后,复苏的旋转造成的负弯矩落后是因为垂直荷载。

根据卸载时的残余位移和最大位移时失败,残余变形的比率可以计算,如表所示3。第一层的残余变形比率在0.199和0.253之间;第二层的残余变形比率在0.249和0.291之间;第三层的残余变形的比率是0.138和0.307之间。没有大的差别在每一层恢复能力,并加载时的变形来最终仍然可以部分恢复的预应力。

每一层的骨架曲线如图所示11。骨架曲线定性比较和标本的抗震性能措施。开裂前,骨架曲线斜行,表明弹性变形。开裂后,骨架曲线开始改变之前的收益。同时,利率不断下降和骨架曲线达到一个转折点,之后的刚度不断减少。当达到约20毫米,层间位移继续增加,负载开始减少。最后的破坏载荷是大约80%到90%的峰值。

随着加载位移的增加,累积损伤将导致刚度逐渐减少周期时间。为了定量地反映每个载荷循环的刚度退化程度,在每个加载割线刚度级别定义如下: 在哪里K_j下的刚度吗jth负载,层间剪切下吗jth负载我th周期,下的层间位移jth负载我th周期。

在图12,刚度降低随着位移的增加。在前面加载周期,刚度退化不明显;裂缝产生时,刚度退化增加;进入屈服阶段,有效截面梁的高度继续降低,刚度退化加速。

能量耗散能力是一个重要的指标来衡量结构的抗震性能。结构的能量耗散能力可以评估荷载位移滞回曲线下的面积。磁滞曲线在图的信封13都是拱形的,所以能量耗散能力。

此外,能量耗散能力也表示为等效粘性阻尼系数h_e,这是根据公式计算在每一个周期。帧破裂后,h_e在每个载荷循环显示下降。帧产生后,h_e不断增加。过去载荷循环等效粘滞阻尼系数如表所示3,h_e在0.065和0.087之间,当帧受损(图14)。

4所示。结论

探讨单拱桥的三层预应力装配式混凝土框架的抗震性能,基于pseudostatic测试和似动力测试如动态特性、承载能力、滞回性能和耗能能力。本研究的结论进行了总结如下。(1)在似动力测试中,当峰值地面加速度2×34加或3×34加位移被倒置的三角形。框架的变形是可以恢复完全卸载后的最大层间漂移率到达0.27%,也没有裂纹出现在梁和柱。峰值地面加速度时6×34加,最大层间漂移率到达0.73%,和梁的变形主要卸货后恢复。然而,柱的变形恢复不完全,水平和斜梁的裂缝已经在压缩区底部显示可塑性。(2)pseudostatic测试,最终漂移层之间的比例,分别为1.5%,2.1%和2.3%满足弹塑性的极限值漂移率。在这个阶段,梁、柱受损,没有到达最终状态。(3)在垂直和水平力的相互作用下,塑性铰首次出现在框架梁的负弯矩叠加。梁的裂缝出现在张力带和拼接面积列,和预应力链了。水平和斜裂缝出现在托臂的压缩区混凝土压碎的地方。预应力装配式框架实现“强柱弱梁”破坏模式。(4)预应力装配式框架具有良好的变形恢复能力,帮助震后修复和强化。共同承受双轴压缩提高了刚度和抗裂性的核心区域,限制梁和柱的变形。因此,预应力装配式框架实现“强大的关节”框架的要求,以自我为中心的能力有效增强。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢金融支持来自中国国家自然科学基金(没有。50778060),国家自然科学基金委青年科学家中国没有。51608159),专门研究基金会对中国高等教育的博士项目(没有。JZ2015HGBZ0509)。