三向异性预应力叠合构件抗震性能的试验与理论研究

钢筋混凝土叠合构件结合了现浇和预制构件的优点，发展前景良好。在各种叠合构件中，单向预应力双向配筋混凝土叠合构件具有抗裂、施工快捷、经济等突出优点，其应用范围一直在扩大。但该构件没有进行抗震试验研究，不清楚它的抗震性能。该构件叠合面不在同一水平面，且新旧混凝土互相咬合，并存在板缝、横向配筋、预应力等难点问题，属于三向异性叠合构件，比现浇、预制或其它叠合构件更加复杂，难以借助已有的试验成果来判定该构件的抗震性能。故本项目拟采取试验研究、数值模拟相结合的方法，对该叠合构件进行足尺伪静力试验和拟动力试验，结合理论研究和数值模拟，建立该构件的恢复力特性和动力计算模型，再现该构件在地震作用下的弹性－弹塑性－破坏的全过程，系统研究该叠合构件在地震作用下的破坏机理、破坏模式、变形、滞回、耗能、强度、刚度、延性等抗震性能，解决三向异性预应力叠合构件在地震区应用的关键科学问题。

本项目对一种三向异性预应力叠合构件——预制带肋底板混凝土叠合板进行了研究，主要研究内容和成果如下：.1 预制带肋底板的破坏模式和极限承载力。发现预制带肋底板除了弯曲破坏以外，还可能发生肋间混凝土的剪切破坏，采用平衡法建立了极限承载力的计算方法。.2 完成了面内低周反复荷载作用下预制带肋底板混凝土叠合板的试验研究。主要成果有：.（1）破坏特征。叠合板破坏时裂缝少、多分布在板下半部分的1/3左右。加载方向与底板板缝垂直时，试件裂缝呈倒“八”字形；加载方向与底板板缝平行时，裂缝主要呈水平状。发现叠合板3种特有的裂缝形式：第1种是多数叠合板出现的板与下边梁连接处板的水平通缝；第2种是加载方向与预制底板板缝平行时可能出现的预制底板板缝的裂缝，第3种是在后浇面可能产生的预制底板板肋对应位置处的裂缝。板底左右边梁纵筋拉断、混凝土压碎是试件破坏的最主要原因。.（2）滞回性能。叠合板滞回曲线均呈“Z”形，有一定的捏缩现象。叠合板开裂后还有较大的变形能力，开裂荷载为峰值荷载的一半左右，耗能能力与现浇板相当。设置左右边梁、增加负筋配置均能提高叠合板的变形能力、承载力和耗能能力。.（3）峰值承载力计算方法。基于软化撑杆-系杆的理论建立了叠合板承载力的计算模型，计算值和试验值吻合良好。.（4）刚度计算方法。提出了叠合板初始刚度的计算公式，给出了水平集中力作用下叠合板顶点位移的计算方法。.（5）进行了损伤分析。采用基于位移和能量耗散的混合损伤指标较好反映了叠合板的损伤。增加左右边梁、支座钢筋、穿孔钢筋均可以减小了叠合板的损伤。.（6）抗震承载力、变形的实用计算方法。提出了叠合板的抗弯、抗剪承载力和变形的实用计算方法。.3 发明了预制带肋底板叠合墙。该叠合墙不但具有预制带肋底板混凝土叠合板节省模板和支撑的优点，施工快捷、造价经济、质量稳定、绿色环保，而且可以用于竖向承重墙体，比目前广泛采用的现浇混凝土墙体具有明显的技术经济优势。.项目不但完成了申请书中的全部研究内容，而且还研究了预制带肋底板的破坏模式和极限承载力，发明了预制带肋底板叠合墙。