预应力自复位混凝土框架结构基于多指标的抗震性能评价及功能可修复性研究

At present, the most precast concrete structures are assembled monolithic concrete structures, which tend to produce large residual deformation under strong earthquakes, increasing the difficulty and cost of structural renovation after earthquakes. In order to achieve good post-earthquake repairability of precast structures, a prestressed self-centering concrete frame structure with damage controllable function is proposed. The beam-column connections and column-base connections are all assembled by prestressed tendons based on energy dissipation of angles. The structures have good self-centering ability, which can make the structural function repairable after earthquake. Considering the connection measures between the floor and the prestressed self-centering frame structure, the residual deformation and the maximum deformation are used as indexes to reflect the repairability of the structure and the controllability of the damage. Through experimental research, theoretical analysis and numerical simulation, the seismic performance and function repairability are evaluated. A structural repairability evaluation system is established. A seismic design method based on multiple damage indexes is proposed and the vulnerability of the design structure is analyzed to evaluate the seismic performance of the structure.

目前预制混凝土结构多采用装配整体式结构，在强震下易产生较大的残余变形，增加震后修复难度和成本。为了实现预制结构良好的震后可修复性，提出具有损伤可控功能的新型预应力自复位混凝土框架结构，该框架梁柱节点及柱-基础连接节点均采用基于角钢耗能的预应力筋连接方式。结构具有良好的自复位能力，可实现震后结构功能的可修复性。考虑楼板与预应力自复位框架结构的连接构造措施，以残余变形和最大变形作为反映结构可修复性及损伤可控性能的指标，通过试验研究、理论分析和数值模拟，研究结构的抗震性能及功能可修复性，建立结构可修复性评价体系，提出基于多损伤指标的抗震设计方法并对设计结构进行易损性分析，评估结构的抗震性能。

目前预制混凝土结构多采用装配整体式结构，在强震下易产生较大的残余变形，增加震后修复难度和成本。为了实现预制结构良好的震后可修复性，提出具有损伤可控功能的新型预应力自复位混凝土框架结构，该框架结构的梁与柱、柱与基础都通过预应力筋与角钢等耗能元件进行连接。通过试验研究、数值模拟和理论分析研究新型预应力自复位框架结构的受力性能。首先进行新型预应力自复位框架节点的拟静力试验，然后进行新型预应力自复位墩柱的拟静力试验，最后完成三榀1:2缩尺的新型框架结构的拟静力试验，分别为装配整体式框架结构、基于角钢耗能的全预应力装配框架结构以及基于负泊松比支撑耗能的全预应力装配框架结构。通过上述试验研究低周往复荷载下结构的破坏形态、承载能力、刚度退化、耗能能力、自复位能力以受压区高度变化等抗震性能以及受损修复后结构的抗震性能，研究结果表明，梁、柱构件基本保持弹性，预应力筋保持弹性，角钢通过弹塑性变形耗能。结构承载能力良好，安全储备高，屈服后刚度比达到0.108，具有良好的延性和变形能力，延性系数大于4.821，节点连接部位具有良好的转动能力，梁端转动延性系数大于7.707，柱端转动系数大于10.287。结构滞回曲线呈旗形，角钢增强了结构的耗能能力，加载到层间位移角2.5%时，能量耗散系数达到0.529；预应力使结构具有较好的自复位能力，加载到层间位移角2.5%时，结构的残余变形率小于0.0965，相对复位效率大于0.91，大大提高了震后结构的可修复性。修复后结构的抗震性能除刚度及承载力略小于原结构外，其余抗震性能指标基本等同于原结构。以残余变形和最大变形作为反映结构可修复性及损伤可控性能的指标，通过试验研究、理论分析和数值模拟，研究结构的抗震性能及功能可修复性，建立结构可修复性评价体系，提出基于多损伤指标的抗震设计方法并对设计结构进行易损性分析，评估结构的抗震性能。