自定心预应力混凝土框架的力学行为及其地震易损性研究

框架节点区是结构在地震作用下的薄弱环节之一，且其震后修复的难度和代价均很大。本课题首先从消除残余变形、减小主体结构损伤的角度出发，对自定心预应力混凝土框架结构的合理形式和力学行为进行研究。针对影响该新型结构抗震性能的两个核心问题：节点耗能和局部承压性能，开展结构的受力与变形分析以及大比例的模型试验研究。根据试验结果，对地震作用下梁柱接触面的开合、摩擦件的耗能、混凝土的非线性等特性进行数值模拟。此后，基于不同的抗震性能指标和可靠度水准，进行增量动力分析，从而对自定心预应力混凝土框架的地震易损性做出评价。通过本研究，有望建立起合理的自定心预应力混凝土框架的结构体系，形成该结构基于性能和可靠度的概率设计方法，并对该新结构形式的经济适用范围做出评价。本课题致力于解决自定心结构研究与应用中的关键性基础问题，为寻求具有良好的抗震性能和便于震后修复的新型结构体系提供思路和参考。

框架节点是结构在地震作用下的薄弱环节之一，且其震后修复的难度和代价均很大。本课题从消除残余变形、减小主体结构损伤的角度出发，对自定心预应力混凝土框架结构的合理形式和力学行为进行了研究。针对影响该新型结构抗震性能的两个核心问题：节点耗能和局部承压性能，开展了结构的受力与变形的理论分析和结构构造形式的优化研究。先后完成了两批足尺梁柱节点、两批1：0.5比例自定心框架的低周反复加载试验。结合理论分析和试验结果，对地震作用下梁柱接触面的开合、摩擦件的耗能、混凝土的非线性等特性的数值模拟方法进行了研究，并根据试验结果进行了校核。. 此后，针对该新型结构体系的抗震设计方法进行了研究。定义了结构的抗震性能水准、地震动作用水准和结构的极限状态，确定了自定心结构的抗震设计目标。此后，建立起自定心框架结构的抗震设计方法，包括梁柱的截面尺寸选择、配筋、预应力和摩擦力的确定等内容。最后以1榀4跨6层的腹板摩擦式自定心预应力混凝土框架为例，进行基于性能的抗震设计，并选用7条地震波进行非线性动力时程分析。分析结果表明：应用此方法设计的结构在地震作用下的位移、弯矩、应变等响应与给定的性能设计目标较为一致，验证了方法的有效性。. 根据所提出的数值模拟方法，对自定心框架和传统现浇节点框架进行了非线性静力分析和动力时程分析。分析结果表明，在多遇地震作用下，自定心框架和传统现浇框架具有相当的抗震性能；在罕遇地震作用下，传统的现浇节点框架残余变形较大，而自定心框架具有良好的耗能能力、自定心能力和抗弯能力，综合的抗震性能优于传统现浇框架结构。. 此后，针对自定心框架结构，选用40条具有代表性的地震记录，进行增量动力分析。根据最大层间位移和残余变形，分别定义了自定心框架的各种性能极限状态，并由此对结构在设计地震和罕遇地震下的地震易损性做出了评价。. 本课题对自定心结构研究与应用中的若干关键性基础问题进行了探讨，为寻求具有良好的抗震性能和便于震后修复的新型结构体系提供了思路和参考。迄今已发表期刊论文10篇，包括3篇SCI论文、两篇《土木工程学报》和1篇《建筑结构学报》论文。参加国内外学术会议3次，获批两项国家发明专利以及两项实用新型发明专利。培养博士研究生1人、硕士研究生4人。