新型卷边PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架抗震性能研究

作     者：季云 

作者单位：苏州科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：方有珍

授予年度：2019年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：部分自复位连接 自复位功效 BRS板耗能 组合框架 抗震性能 

摘      要：自复位结构通过在主体构件上增设预拉杆和辅助耗能元件,使结构在震后能够实现自行复位、残余变形显著降低、主体构件受力损伤进程减缓、并具有较好的耗能能力。然而,现有自复位结构要求保证结构主体构件处于弹性状态,这必定会导致结构安全冗余度过大和建造成本过高,从而限制了其应用范围。为了更好地实现结构自复位功效、耗能能力和安全冗余度的有机统一,课题组基于现有自复位连接理念,提出了在结构节点区布置一定长度预拉杆及辅助耗能元件的部分自复位连接结构设计思想。本文基于课题组提出的部分自复位设计思想及现有研究成果,为系统研究新型卷边PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架的抗震性能,以一榀两层新型卷边PEC柱-钢梁BRS板部分自复位连接组合框架为研究对象,对其进行了水平循环荷载下的滞回性能试验研究,并采用有限元软件ABAQUS完成相应的数值模拟验证,并考虑对穿螺栓布置方式、BRS板前孔尺寸、PEC柱顶轴力、柱脚连接方式4个设计参数进行有限元参数分析,综合研究其对该组合框架的滞回性能、抗侧刚度退化、耗能能力、自复位功效等抗震性能的影响规律。研究结果表明:对穿螺栓的布置及预拉杆预紧力的设置提高了试件的初始抗侧刚度,直至加载结束,试验试件承载力并没有下降趋势,且在整体侧移达到中震侧移限值2%时,试件整体、一层及二层层间残余侧移均未超过0.5%,试件耗能能力随着主体构件进入屈服显著提升,说明结构具有较好的承载力、自复位功效及耗能能力;试验试件与模拟试件整体受力规律基本一致,模拟具有可行性;对穿螺栓单边布置的试件未能实现预定设计思路,钢梁未进入承压型受力状态,而对穿螺栓双边布置形式有效实现了预定设计思路,节点转角达到θ=2×10rad前,试件主体构件基本处于弹性阶段,结构几乎实现完全复位,当节点转角达到θ=2×10rad时,试件进入承压型受力模式,承载力和耗能能力明显提升,抗侧刚度退化速度减缓,而自复位效果弱于对穿螺栓单边布置结构;加大BRS板前孔尺寸使得试件较晚进入承压型受力模式,从而承载力有一定降低,对刚度退化的减缓作用也较小,但自复位效果更好,而耗能能力略有降低;柱顶是否施加轴力,对试件的抗震性能几乎没有影响;柱脚采用固接连接形式明显增强了结构的抗侧刚度和承载能力,试件塑性发展进程较快,耗能能力明显提升,而自复位效果较弱。通过对各项研究结果的分析,建议可以根据不同的性态设计目标,合理选择BRS连接件长圆孔尺寸,使结构达到相应的要求,实现结构自复位功效、耗能能力和安全冗余度的有机统一。