[01649773]新型预制装配式混凝土消能减震框架结构抗震性能研究

本课题来源于国家自然科学基金青年项目,根据预制装配式混凝土框架结构抗震性能差、易于破坏和扇形阻尼器的特点,提出改善装配式结构抗震性能的新方案—新型预制装配式混凝土消能减震框架结构体系。所提出的新型弧形钢棒阻尼器和扇形铅粘弹性阻尼器都是一种位移型阻尼器,其通过金属材料的塑性滞回变形耗散地震能量,并将其应用于预制装配式框架结构中从而通过阻尼器的耗能改善结构的抗震性能和节点受力。研究的新型预制装配式消能减震结构体系具有良好的抗震性能,提高了结构体系的应用前景,其研究成果具有较强的创造性和适用性。项目研究的过程中已提出了结构相应的连接构造措施和处理方法,但其设计方法还在进一步的完善和梳理中。 根据预制装配式混凝土框架结构抗震性能差、易于破坏和扇形阻尼器的特点,提出改善装配式结构抗震性能的新方案—新型预制装配式混凝土消能减震框架结构体系。基于该种结构体系,项目提出了新型耗能减震装置——新型弧形钢棒阻尼器和扇形铅粘弹性阻尼器,并进行了性能分析和试验研究,得出扇形铅粘弹性阻尼器的力学性能主要取决于橡胶和铅芯两种材料,可采用双线性恢复力模型对其进行描述;该阻尼器滞回曲线及设计值与试验值吻合较好,推导了恢复力模型计算公式,并通过试验验证其合理性。对扇形铅粘弹性阻尼和弧形钢棒阻尼减震结构的抗震性能进行了分析研究,得出扇形铅粘弹性阻尼器和弧形钢棒阻尼器都能很好的控制结构的层间位移角、顶层加速度和构件内力。对扇形铅粘弹性阻尼减震装配式节点进行了抗震性能试验和分析研究,得出扇形铅粘弹性阻尼减震构件的延性、承载能力、耗能能力都能提高,较好的改善了装配式结构节点抗震性能差的问题;通过对比新型预制装配式消能减震节点和普通装配式混凝土框架节点的低周反复加载试验结果,结出了节点的破坏模式,滞回曲线、延性、强度和刚度退化程度、耗能性能及构件钢筋应变变化情况等抗震性能的差异,得出附加扇形铅粘弹性阻尼器的新型预制节点滞回曲线饱满,在耗能能力、极限承载力和位移延性方面大大高开普通预制混凝土节点,节点核心区应变量相对减小,实现了“强节点弱构件,强剪弱弯”的性能要求。在初步验证新型节点有效性的基础上,设计制作了二层二跨预制装配式和现浇混凝土框架扇形铅黏弹性阻尼减震框架结构进行了低周反复加载试验,对比研究了两者的破坏模式、滞回耗能性能、承载能力、位移延性、强度退化、刚度退化等。结果表明：扇形铅黏弹性阻尼器在预制和现浇试件发挥的作用各有不同;预制构件节点位移较大,在后期阻尼器能减缓和控制了节点核心区裂缝开展,保护了节点;二榀减震框架滞回曲线饱满,节点塑性变形能力强,刚度和强度退化曲线也较为平缓,提高节点抗震能力。基于项目研究成果,提出了新型预制装配式混凝土框架结构金属消能减震连接体系,为了研究该体系的抗震性能及减震效果,对消能减震连接体系和现浇框架进行了数值仿真分析,分析了消能器不同设计参数对该体系抗震性能的影响。分析结果表明：金属消能减震连接体系的抗震性能略优于现浇框架结构。