预应力混凝土结构

形的 2. 2% ; 大变形时, 由于梁柱界面处混凝土的 塑性发展使节点刚度有所下降, 但节点只有轻微 损坏。与现浇混凝土节点相比, 预制混凝土无黏 结预应力拼接节点耗能较小, 损伤、强度损失和残 余变形也较 小。根据试验 结果, P riestley 给 出了 预制混凝土无黏结预应力框架节点考虑残余变形 和不考虑残余变形的两种滞回模型 [ 6 ] 。
图 1 预制 混凝土框架结构震害情况
3 预制混凝土框架结构节点抗震性能研 究
按照 美国 NEHRP ( N ationa l Earthquake H azards R educt ion P rogram ) 2000规范 [ 3] , 预制混凝土 框架连接可以分为等效现浇连接和装配式连接, 等效现浇连接要求达到或超过现浇混凝土连接的 抗震性能, 装配式连接和现浇混凝土连接力学性 能不同, NEH RP 另行给出抗震规定。常用的等效 现浇节点有后浇整体式和预应力拼接式, 常用的 装配式节点有焊接节点和螺栓连接节点。对以上 几类节点, 研究人员都进行了一些试验和理论研 究。
的发展已有上百年历史, 但对预制混凝土结构抗 震的系统研究从 20世纪 70年代才开始。经过各 国学者不懈努力, 预制混凝土结构抗震研究已经 取得了很大进展, 积累了很多有益经验, 但相比现 浇混凝土结构, 预制混凝土结构的抗震研究明显 偏少。以往有关预制混凝土结构的抗震研究主要 集中于节点研究, 对结构整体研究较少; 在节点研 究中又集中于后浇整体式和预应力拼接等等效现 浇 ( em u lation m ono lithic) 节点, 对装配式 ( jointed precsat) 节点的研究较少。本文 旨在回顾预制混 凝土框架结构的抗震研究历史, 对过去研究成果 进行一些总结, 对今后预制混凝土框架结构抗震 研究进行展望。
基金项目: 欧盟第五框架项目 ( G 6RD-CT-2002-00857) , 国家科技部重点国际合作项目 ( 2003DF000018) 。 收稿日期: 2007- 04 - 24
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2 预制混凝土结构及其震害
预制混凝土结构可以分为框架结构、墙结构 和框架 -墙结构, 其中, 预制框架结构主要用于厂 房、停车场、商场等需要开敞大空间的建筑中。预 制混凝土框架结构中, 柱、梁、板的连接方式是预 制混凝土结构与现浇混凝土结构的根本区别, 也
加利福尼 亚大 学 的预 应力 拼接 节点 研 究。 P riestley对部分黏结预应力拼接节点进行了理论 研究, 他指出由于预应力筋在节点内和节点两边 一定范围内不与混凝土发生黏结, 因此在节点产
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State of the Art
是区分各类预制混凝土框架结构的主要依据。 对 N othridge等地震的震害调查表明: 预制混
凝土墙结构在震后破坏较轻, 而一些大空间的预 制混凝土框架结构破坏较严重, 主要表现为因各 构件间的连接破坏而导致结构整体离散、倒塌 [ 2] ( 图 1) 。预制构件间的连接是预制混凝土结构的 薄弱环节, 也是预制混凝土结构抗震研究的重点 及结构整体抗震研究的前提和基础。
Summ ary of Investigation on Seism ic Behavior of Precast Concrete Fram e Structures
FAN L i LB X ilin ZHAO B in
( R esearch Institute o f Structura l Eng ineer ing and D isaster R educ tion, T ong jiU n iv ers ity, Shangha i 200092, Ch ina)
的差异, 呈非线性弹性特点, 弹性变形范围大、耗 能少, 橡胶片螺栓连接节点与后浇整体节点的滞 回曲线比较见图 3, 建议采取必要措施增加橡胶 片螺栓连接节点的耗能能力。
Abstract T he progress o f investigat ions on se ism ic behav ior o f precast concrete fram e structures including the invest igat ions on emu lation m onolithic connections, jo int precast connections and the g loba l precast fram e structures is introduced. A summ ary of seism ic behav ior o f d ifferent connect ions is presented and it is suggested that the seism ic behav ior of jointed precast connect ions and g lobal precast structures should be pa id m ore attent ion in the fu ture reseach. K eyword s precast concrete, fram e structure, connection, seism ic behav ior
德克萨斯大学的非线性弹性连接和库仑摩擦 连接研究。该研究的非线性弹性连接节点为梁连 续并沿梁长施加无黏结预应力, 柱在梁上下面拼 接, 该节点在层间变形 2% 以内 表现出低残余变 形、低 耗能和高残余刚度的特性, 层间变形超过 2% 以后耗能有所增加; 库仑摩擦连接节点采用柱 连续, 梁底面与柱铰接, 梁顶面通过特制的摩擦片 与柱连接, 节点变形时摩擦片可以滑动以耗散能 量, 该节点的特点是耗能很大。
1引 言
1875年 6 月 11 日, 英 国 人 W illiam H enry L ascell在 英国 获 得 2151 号发 明 专利 / Im provem ent in the Construct ion of Buildings0, 在 这项发 明专利中, L ascell提出了在结构承重骨架上安装 预制混凝土墙板的建 筑方案, M o rris认为这一事 件标志着预制混凝土的起源 [ 1] 。到今天, 预制混 凝土已经历了 130余年的发展历史, 由于预制混 凝土具有生产效率高、产品质量好、工人劳动强度 低、保护环境、有利于社会可持续发展等优点, 目 前在世界各国被广泛采用。在一些发达国家, 预 制混凝土更是很多类型建筑如工业厂房、仓库、停 车场、住宅等的主要结构形式。虽然预制混凝土
明尼苏达大学的非线性弹性连接和拉压屈服 连接研究。该研究的非线性弹性连接节点为柱连 续, 梁在柱两侧用无黏结预应力筋拼接, 该节点在 层间变形 2% 以内时预应力筋保持弹性, 在节点 大变形时强度损失很小, 残余变形也很小; 拉压屈 服连接节点采用柱连续, 梁内纵筋穿过柱内预埋 波纹管并灌浆, 该节点变形较大, 强度和刚度有较 大衰减, 但耗能较好。
第 23卷第 4期 2007年 8月
结构工程师 Structural Eng ineers
V o .l 23, N o. 4 A ug. 2007
预制混凝土框架结构抗震性能研究综述
范 力 吕西林 Leabharlann Baidu 斌
(同济大学结构工程与防灾研究所, 上海 200092)
摘 要 介绍了预制混凝土框架结构抗震研究的最新进展, 包括预制混凝土框架后浇整体式节点、预应 力拼接节点、全装配式节点的抗震研究和预制混凝土框架结构抗震研究情况。总结了预制混凝土框架 结构各类节点的抗震性能, 指出了全装配式节点和预制结构整体抗震性能是今后需要进一步研究的内 容。 关键词 预制混凝土, 框架结构, 连接节点, 抗震性能
图 2 预制混凝土框架结构各类连接的滞回特性和等效阻尼比 [ 5]
密歇根大学的纤维增强混凝土节点研究。采
用纤维增强混凝土作为节点区后浇混凝土的主要 目的是加大节点区的耗能能力。密歇根大学首先
进行了钢筋在纤维混凝土中的黏结滑移试验, 试 验表明: 在钢筋产生较大滑移的情况下黏结强度 仍保持较高值, 没有明显下降, 而且混凝土保护层 没有发生碎裂, 这对地震作用下提高耗能和保持 结构整体性有重要意义。 1998年, Vasconez进行 了 13个预制混凝土节点的反复加载试验 [ 7] , 这些 节点包括 9个钢纤维混凝土节点、1 个聚乙烯醇 纤维混凝土节点和 3个普通混凝土节点。试验结 果表明: 钢纤维比聚乙烯醇纤维对改善节点性能 更为有效; 采用后浇钢纤维混凝土可以提高钢筋 与混凝土的黏结强度, 有助于提高节点延性、推迟 破坏发生, 同时还可以提高节点抗剪强度; 与普通 后浇节点相比, 钢纤维混凝土节点的强度、耗能和 变形能力分别增加约 30% , 35% , 65% ; 使用 3% 体积含量的钢纤维混凝土可以使节点区箍筋用量
生较大变形时预应力筋仍可保持弹性。这种节点 在大变形后强度和刚度的 衰减及残余变 形都较 小, 节点 复原能力强; 由于预应 力的夹持约束作 用, 对节 点区抗剪有利, 可以减 少节点区箍筋用 量。 P riestley进行了 8个无黏结预应力梁柱节点 的低周反复加载试验。试验表明: 节点最大层间 变形可达 2. 8% ~ 4% , 残余变形约为最大层间变
按照力学 特性, PRESSS 项目将预 制混 凝土 框架结构的连接分为线弹性连接 ( LE )、非线性弹
性连接 ( NLE )、拉 -压屈服连接 ( TCY )、剪切屈服 连接 ( SY) 、库仑摩擦连接 ( CF ) 等几类, 各类连接 的滞回特性和等效阻尼比见图 2。
在 PRESSS项目第二阶段, 进行了一系列预 制混凝土节点的试验和理论研究, 其中有关框架 节点的研究主要有以下内容 [ 5] 。
预制混凝土框架梁柱节点试验研究。同济大 学课题组进行了现浇混凝土节点、后浇混凝土节 点、钢纤维混凝土后浇节点和橡胶片螺栓连接节 点的抗震性能 对比试验 [ 8, 9 ] 。试验表明: 后浇整
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体节点与现浇节点具有相同的抗震能力; 钢纤维 混凝土对减少节点区箍筋用量有益, 但对节点强 度、延性和耗能的提高作用不明显; 橡胶片螺栓连 接节点力学性能与现浇节点和后浇节点存在明显
减少 50% , 并获得更好的抗震性能。
3. 2 欧盟 / Seism ic Behavior of P recast Concrete Stru ctures w ith R espect to Eurocode 80项 目的节点研究
2003年, 欧盟发起了一项预制混凝土抗震研 究项目 / Se ism ic Behav ior of P recast Concrete Structures w ith Respect to Eurocode 80。该项目属于欧 盟第五框架项目, 共有来自不同国家的 10个单位 参与, 研究目标是对新型预制混凝土框架结构抗 震性能进行系统研究, 为 Eurocode 8的相关修订 提供依据。同济大学作为参加单位之一进行了预 制混凝土结构的试验和理论研究, 在节点方面进 行的研究主要有如下内容。
3. 1 美日 PRESSS研究项目的节点研究
1990年美国和日本合作开展的一项 预制混 凝土结构抗震研 究项目 PRESSS ( P recast Seism ic S tructura l System Research P rogram ), 在预 制混凝 土抗震研究历史上有重要影响。该项目由加利福 尼亚大学的 P riestley教授负责, 分三个阶段进行: 第一阶段主要是鉴别、评估在地震区有发展前景 的预制混凝土结构体系, 准备预制混凝土结构的 分析工具, 构建规范修订建议框架; 第二阶段主要 是节点的试验和分析; 第三阶段主要是结构的试 验和分析 [ 4] 。