基于角钢-高强螺栓连接的自复位框架结构抗震性能及设计方法

At present, the most precast concrete frames utilize the rigid connection to imitate the performance of cast-in-situ concrete structure, leading to increase the difficulty and cost of structural renovation after earthquake because of the large residual deformation. Therefore, the self-centering frame with angle-high strength bolts-connection is proposed to improve the problem. The angles as the energy-dissipation component control the maximum displacement of the structure under earthquake and the prestressing tendons reduce the residual deformation of the structure relying on their self-centering capability , so the structural function can be rehabilitated and the structure has a good repairability after earthquake. Considering the prestressed degree as the control parameter and through the combination of theoretical analysis, numerical simulation and experimental research, the seismic behavior of the structure is investigated. Considering the performance index of maximum storey drift and residual deformation, the seismic design method of multiple-performance-constraint for the structure is proposed and the seismic fragility analysis of the structure is done to evaluate the seismic behavior of the structure.

目前预制混凝土框架结构多采用模仿现浇结构受力性能的刚性连接方式，在强震下易产生较大的残余变形，增加震后修复的难度和成本。为此，提出基于角钢-高强螺栓连接的自复位混凝土框架结构以改善这一问题。该结构以角钢作为耗能元件控制结构在地震下的最大位移，依靠预应力筋的自复位能力减小结构的残余变形，震后结构可实现功能的自恢复，具有良好的可修复性。以预应力度作为控制参数，通过理论分析、数值模拟以及试验研究相结合的方法，探索结构的抗震性能，同时以结构的最大层间位移与残余变形作为性态指标，提出结构多性态约束的抗震设计方法，并对设计结构进行地震易损性分析，评估结构的抗震性能。

目前预制混凝土结构多采用模仿现浇结构受力性能的刚性连接方式，在强震下易产生较大的残余变形，增加震后修复的难度和成本。为了改善这一问题，本项目提出了一种基于角钢耗能的预应力干式连接新型框架结构体系（简称PTED结构），对该体系的受力性能进行了系统的试验研究、理论分析和数值模拟，主要研究内容如下：.（1）进行角钢拟静力试验，研究角钢的受力性能，构建角钢拉压恢复力模型。进行PTED边节点、中节点及框架结构的拟静力试验，得到PTED结构具有良好的自复位能力，节点残余位移较小，提高了震后结构的可修复性。残余变形的大小和预应力度相关，预应力度大，则节点的残余变形相对较小。.（2）PTED框架结构由于设置耗能角钢，有效地提升了试件的耗能能力，节点表现出较好的耗能能力。增加角钢厚度、长度、减小角钢竖肢标距，则节点的预应力度增大，耗能能力增强。预应力筋根数少、预应力筋初始应力小，则预应力筋对节点承载力贡献的比例小，预应力度减小，滞回曲线相对丰满，节点耗能能力增强。梁高增大，也能提高节点的耗能能力，建议预应力度＝0.50.6。.（3）提出了PTED节点及结构的修复机理和方法。试验表明更换角钢后的节点与未损伤节点的抗震性能基本相同。进行PTED节点组件受力性能研究，预应力筋提供节点的自复位的能力，限制其残余变形；耗能角钢提供节点的耗能能力。节点的承载力和刚度则由预应力筋和角钢共同承担。两者功能独立而又协同作用。.（4）提出PTED节点及结构的建模方法，构建PTED节点的恢复力模型。.（5）对PTED框架结构体系进行静力弹塑性及动力时程分析，以最大层间位移角与残余变形作为性态指标，提出结构多性态约束的抗震设计方法。.本项目的研究成果可望为预应力自复位混凝土框架结构的工程应用和发展带来契机，同时也为构建新型损伤可控的预制抗震结构提供新思路。