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新型卷边PEC柱(柱弱轴)—钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架抗震性能研究

黄志豪  
【摘要】:自复位结构的提出很好地解决了目前国内外建筑震后残余变形过大、修复难度加大以及相应成本增加等问题,通过在结构主体部件上增设预拉杆并配合辅助耗能构件,利用预拉杆的预应力实现自复位效果、减少残余变形,并依靠耗能件耗散地震能量。课题组在基于国内外自复位结构研究基础上,并结合自身所提出的PEC柱相关课题的研究成果,提出了一种基于性态目标设计的新型卷边PEC柱-钢梁部分自复位摩擦耗能型连接形式,在设计目标地震荷载作用下,连接以摩擦耗能为主,在超过设计地震荷载作用后,结构主体构件进一步发挥作用,避免了传统自复位结构中安全冗余度过大的问题,因此部分自复位连接形式具有着更广泛的应用领域与理论研究价值,一系列试验与模拟研究表明,该新型部分自复位连接形式具有良好的自复位效果与耗能能力,实现了复位、耗能、安全冗余度三者的有机统一。为了进一步研究新型卷边PEC柱-钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架的抗震性能,本文对一个柱底在铰接条件下的1榀两层新型卷边PEC柱(弱轴)-钢梁部分自复位摩擦耗能型连接组合框架进行低周往复拟静力试验,结合试验现象与数据分析框架的传力机理与力学性能,并通过有限元软件进行建模分析验证,同时通过模拟考察研究各参数对框架性能的影响。研究结果表明:在柱底铰接条件下,试件的上层抗侧刚度大于下层抗侧刚度,下层受力进程较上层结构更快,层间自复位效果良好;模拟试件的承载力与刚度大于实际试件,试件滞回曲线与模拟试件的滞回曲线发展规律基本一致;柱底固接的试件相比柱底铰接的试件具有更高的承载力与抗侧刚度,其受力发展进程快于柱底铰接的框架;仅在T形件翼缘外侧布置螺栓的试件由于T形件内翼缘的翘曲变形没有进入承压型受力模式,受力进程滞后;基于不同性能要求的建筑,可以通过改变T形件上长圆孔的尺寸来控制结构的受力进程;竖向力加快了PEC柱中的受力进程的发展,对结构抗震性能影响较小;在低周往复拟静力试验中,当加载至中震层间侧移角限值2%时,试件整体残余侧移转角为0.0026rad,在加载至相对侧移的3%前,结构的耗能基本由部分自复位摩擦耗能连接提供,加载至大震限值3.5%时,整体的残余侧移转角为0.008rad,框架具有良好的自复位效果,当加载至相对侧移的4%时,结构的承载力仍处于上升趋势;该组合框架具有良好的自复位效果、耗能能力以及良好的抗倒塌能力,并能在结构进入承压型受力模式后,试件主体构件进一步发挥作用。


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