原创《柱端弯矩增大系数对PC框架结构抗震性能影响》：本论文为您写抗震性能毕业论文范文和职称论文提供相关论文参考文献，可免费下载。
摘 要：根据我国现行《预应力混凝土结构抗震设计规程》JGJ 140-2004,以设防烈度为8度0.2 g 地区的多跨多层预应力混凝土框架结构柱端弯矩增大系数为研究对象,对其合理取值问题进行了探讨.在SAP2000和PERFORM3D软件中,采用局部纤维铰梁单元,对6个PC平面框架建立了弹塑性分析模型,并对其进行了静力弹塑性分析Pushover分析和动力弹塑性时程分析.计算结果表明：按照现行规范设计的PC框架,基本上可以满足8度区罕遇地震作用下的抗震要求,但是结构在大震作用下形成的是以底层柱端出铰为主的梁柱铰屈服机制,对结构抗震不利；随着柱端弯矩增大系数的增加,结构的局部构件抗震性能以及屈服机制均有很大程度的改善,当边柱和中柱的柱端弯矩增大系数分别增加到2.0,1.8时,预应力混凝土框架结构能够实现对结构抗震有利的以梁出铰为主的梁柱铰屈服机制,甚至是梁铰屈服机制.因此,建议在进行预应力抗震技术规程的修订时,适当提高框架结构柱端弯矩增大系数的取值.
关键词：预应力混凝土框架；抗震性能；柱端弯矩增大系数；屈服机制；弹塑性分析
中图分类号：TU375.4文献标识码：A
我国规范1-3针对不同抗震等级的框架结构,通过设置柱端弯矩增大系数见表1来达到延性框架设计时的 “强柱弱梁”要求.近年来,国内外学者针对普通钢筋混凝土框架结构柱端弯矩增大系数的合理取值问题研究4-8很多,但有关预应力混凝土框架结构的研究则相对较少.《预应力混凝土结构抗震设计规程》JGJ 140-2004以下：简称04规程是在《建筑抗震设计规范》GB 50011-2001 以下：简称01规范的基础上编制的,自2010年以来,《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010以下：简称10规范在我国开始全面实施,10规范中钢筋混凝土框架结构的柱端弯矩增大系数较01规范已有很大的提高,这样,在预应力框架结构的抗震设计中,就存在着新旧规范难以匹配,包括柱端弯矩增大系数在内的延性框架设计系数难以取值等现实问题.为此,本文将按我国现行04规程设计多层多跨预应力混凝土框架结构,对其进行静力弹塑性和动力弹塑性时程分析,探讨柱端弯矩增大系数对预应力混凝土框架抗震性能和耗能机制的影响,以期对该系数的合理取值提供参考.1预应力混凝土框架结构的设计
本文以04规程为依据,以某预应力工程为样本,共设计了6个两跨三层的预应力混凝土框架结构,抗震设防烈度为8度0.2 g、设计地震分组为第一组、场地类别为二类.柱网尺寸为6 m×15 m,预应力梁跨度为15 m,房屋总高度15.6 m,其中,底层高6 m,其余层高均为4.8 m,框架的抗震等级为二级,设计使用年限为50年,场地特征周期值为0.35 s.设计计算时,结构的阻尼比取0.03,考虑填充墙对结构的刚度作用,结构的周期折减系数为0.8.屋面板和楼板的厚度均为120 mm,环境类别为一类.各构件的混凝土强度等级及所用钢筋类型如表2所示.预应力筋采用1860级φS15.2高强低松弛钢绞线,裂缝控制等级为2级.采用水磨石楼面和地砖保护层屋面,屋面布置900 mm高女儿墙,框架填充墙及女儿墙等围护结构均采用250 mm厚A3.5蒸压加气混凝土砌块.由于结构总高仅15.6 m,在设计中不考虑风荷载的作用.结构上的恒、活载信息见表3.
表2结构材料信息
2预应力框架结构的静力弹塑性分析
针对所设计的6个预应力混凝土框架结构,分别选取其中间榀平面框架,在SAP2000和PERFORM3D中建模,并对其进行静力弹塑性分析.
2.1结构的弹塑性分析模型
预应力混凝土框架的梁、柱构件采用局部纤维铰单元来模拟,即在梁端设置精度较高的纤维铰单元,以充分考虑钢筋和混凝土的弹塑性受力性能,其他部分则采用线弹性单元,以提高运算速度,如图5所示.
2.1.1混凝土的本构模型
框架梁柱截面上的混凝土可分为保护层混凝土和核心混凝土,如图6所示.对于保护层混凝土,其本构模型采用程序中自带的普通混凝土模型,而核心混凝土的本构模型选用Mander9-13模型.
2.1.2钢筋的本构模型
在预应力混凝土结构中钢筋可分为普通钢筋和预应力钢绞线两类.在SAP200014-15中,考虑钢筋的弹塑性性能,将普通钢筋的受力过程分为弹性区,弹塑性区及硬化、软化区3个部分,将预应力钢绞线的受力过程分为弹性区和塑性区,两种材料的骨架曲线见图7.
a普通钢筋骨架曲线
b预应力筋骨架曲线
在PERFORM3D16中,钢筋的非线性本构模型包含拉压钢筋模型、抗拉钢筋模型和考虑屈曲的钢筋模型3种,本文采用考虑了强度损失和应变能力的拉压钢筋模型,以便更好地模拟结构中纵向钢筋的受力性能,其骨架曲线和滞回曲线,如图8所示.
2.1.3预应力筋预应力效应的模拟
在 PERFORM3D中,预应力筋的作用效应是通过对预应力混凝土梁构件施加等效荷载来模拟的.在SAP2000中,预应力效应可模拟为预应力钢
束单元或等效荷载.为了使两种软件在建模方法上保持一致,将力筋预应力效应均模拟为等效荷载.
a钢筋骨架曲线
b钢筋滞回曲线
2.1.4结构动力特性
本文分别在两种软件中对结构进行模态分析,限于篇幅,下面仅列出KJ01前三阶周期,并和PKPM的计算结果进行对比,见表6.
由表6可知,预应力混凝土框架结构在PKPM,SAP2000及PERFORM3D中的周期信息吻合良好,这在一定程度上表明,本文所建立的预应力混凝土平面框架结构的分析模型是正确的.
2.2.1框架能力曲线
下面给出 KJ01～KJ06 6个平面框架结构的PUSHOVER曲线及对比图,见图10、图11.
抗震性能论文参考资料：
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