套建增層預應力鋼骨混凝土框架抗震性能與設計方法研究.pdf

1、既有房屋的套建增層改造已成為土木工程界所關注的一個熱點問題。本文構建了一種以內置H型鋼預應力混凝土組合梁為框架梁、以配置4個或8個角鋼的角鋼混凝土柱為框架柱的新型鋼骨混凝土框架結構型式。該框架組合梁中的H型鋼可在框架柱角鋼的間隙通過，預應力筋可在H型鋼上下翼緣間布置，因此可在框架柱的外側實現預應力筋的張拉和錨固；同時因可在H型鋼下掛底模，并以底模為支撐設置側模，故該框架結構底層樓蓋可實現施工過程中自承重，基于上述兩點，新型框架結構適合用

2、于既有房屋的套建增層改造。但如何確保新型套建增層結構“小震不壞、中震可修、大震不倒”，特別是滿足“大震不倒”的要求，是工程界迫切解決的問題。圍繞這一問題，本文開展了五個方面的研究工作。
　　(1)新型框架結構中所采用的角鋼混凝土柱抗震性能的試驗研究尚未見報道，針對這一問題，本文進行了9根剪跨比為3、不同軸壓比、采用鋼板箍的角鋼混凝土柱在水平低周反復荷載作用下的試驗研究，獲得了9根試驗柱的滯回曲線，考察了該類柱的耗能、剛度退化、抗力

3、衰減、骨架曲線及延性等抗震性能指標，建議了角鋼混凝土柱在不同抗震等級下的軸壓比限值等抗震構造措施。在試驗的基礎上，給出了角鋼混凝土柱正截面承載力計算公式。利用仿真分析對角鋼混凝土柱單調荷載-位移曲線進行了計算，仿真計算結果與試驗所得骨架曲線吻合較好。在此基礎上，探索了軸壓比、配箍率、混凝土抗壓強度、含鋼率、鋼材的屈服強度及剪跨比對角鋼混凝土柱力學性能的影響，建立了角鋼混凝土柱荷載-位移恢復力模型和截面彎矩-曲率恢復力模型，為結構的彈塑性

4、時程分析提供參考依據。
　　(2)基于大量參數分析回歸的內置H型鋼預應力混凝土組合梁恢復力模型尚未見報道，針對這一問題，本文利用仿真分析對其他學者通過試驗獲得的預應力鋼骨混凝土梁單調彎矩-位移曲線和荷載-位移曲線進行了計算，仿真計算結果與試驗結果吻合較好。在此基礎上，考察了梁截面型鋼抗力與截面總抗力之比、截面預應力筋抗力與截面總抗力之比兩個重要參數對內置H型鋼預應力混凝土組合梁力學性能的影響，給出了截面曲率延性和位移延性的計算公式

5、。建立了內置H型鋼預應力混凝土組合梁荷載-位移恢復力模型和截面彎矩-曲率恢復力模型，為結構的彈塑性時程分析提供參考依據。
　　(3)在大型有限元程序ANSYS的基礎上，利用參數化設計語言(APDL)和Matlab語言，結合新型套建增層框架的特點，基于《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2001)和《型鋼混凝土組合結構技術規(guī)程》(JGJ138-2001)編制了套建增層預應力鋼骨混凝土框架內力和配筋計算程序，該程序能夠根據需要調整抗

6、震增強措施，為后文對新型套建增層框架進行彈塑性時程分析提供了對象。
　　(4)基于平面桿系模型，采用IDARC非線性分析程序，分析了房屋高度滿足《型鋼混凝土組合結構技術規(guī)程》(JGJ138-2001)要求的底層層高分別為8.1m、11.7m、15.3m、18.9m，上部各層層高為4.2m，跨度為16m的建造在I、II、III類場地土上，相對于設計地震分組一、二、三組的不同配筋的分離式套建增層預應力鋼骨混凝土框架在不同地震記錄輸入下

7、的地震反應。分析結果表明，滿足《型鋼混凝土組合結構技術規(guī)程》(JGJ138-2001)的套建增層預應力鋼骨混凝土框架，在罕遇地震作用下7度抗震設防區(qū)建造在I、II、III類場地土上的套建增層預應力鋼骨混凝土框架不會發(fā)生倒塌破壞；8度抗震設防區(qū)建造在Ⅰ類場地土上的套建增層預應力鋼骨混凝土框架不會發(fā)生倒塌破壞；8度抗震設防區(qū)建造在II、III類場地土上的底層結構層高為8.1m，增層層數為2層到4層的原二級抗震框架底層柱形成柱鉸倒塌機制，發(fā)生

8、層倒塌破壞。建議套建增層預應力鋼骨混凝土框架結構設計時對于8度抗震設防區(qū)建造在II、III類場地土上的底層結構層高為8.1m，增層層數為2層到4層的原二級抗震框架其柱端彎矩增大系數及相應的梁、柱、節(jié)點的抗震構造措施應按一級抗震框架取用。
　　(5)分總則、一般規(guī)定、結構型式、材料選擇、框架抗震等級、構造措施與梁板截面選擇、梁柱設計與節(jié)點構造、其它等7個方面提出了套建增層預應力鋼骨混凝土框架結構房屋的設計與施工建議。結合具體工程實例