预应力混凝土梁的抗震性能分析

预应力混凝土框架结构抗震推倒分析　

吴　京　孟少平　邹　滨　（东南大学　ＲＣ／ＰＣ结构教育部重点实验室　南京２１００９６）　摘　要：建立了预应力混凝土框架结构的ＰＵＳＨＯＶＥＲ分析方法，编制了相应的分析程序，为评判这种框架结构的抗震　能力、耗能机制的实现、考虑出铰顺序的框架结构位移延性分析提供了理论基础。　关键词：预应力混凝土框架结构　推倒分析　ＴＨＥ　ＰＵＳＨＯＶＥＲ　ＡＮＡＬＹＳＩＳ　ｏＦ　ＰＲＥＳＴＩＧＥＳＳＥＤ　ＣＯＮＣＲＥＴＥ　ＦＲＡＭＥ　ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ　

Ｗｕ　Ｊｉｎｇ　Ｍｅｎｇ　Ｓｈａｏｐｉｎｇ　Ｚｏｕ　Ｂｉｎ　（Ｔｈｅ　Ｋｅｙ　ｌａｂ　ｏｎ　ＲＣ／ＰＣ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｐ．Ｒ．Ｃ．，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｎａｎｊｉｎｇ　２１００９６）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ＰＵＳＨＯＶＥＲ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔｂｏ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｒａｍｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｉｓ　ｓｙｓｔｅｍａｔｉｅｄ，ｔｈｅ　ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　ｐｒｏｇｒａｍ　ｉｓ　ａｌｓｏ　ｃｏｍｐｉｌｅｄ　ｈｅｒｅ，ｂｏｔｈ　ｂｅｃａｍｅ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｂａｓｉｓ　ｏｆ　ｓｃａｌｉｎｇ　ｔｈｅ　ｓｅｉｓｍｉｃ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｒｅａｌｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ，　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ　ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｒａｍｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｃｏｎｃｅｒｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｓｅｑｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｐｌａｓｔｉｃ　ｈｉｎｇｅｓ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｌａｍｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ＰＵＳＨＯＶＥＲ　ａｎａｌｙｓｉｓ　

建材发展导向２０１１年０１月　园林、建筑、规划与结构设计　

试论预应力混凝土框架结构抗震设计　

沈迎时１舒伟坤２　

［１．江西南昌３３００００　２．万地联合（厦门）工程设计有限公司南昌分公司］　

摘要：本文阐述了基于弹塑性分析的设计方法；对２榀预应力混凝土框架结构进行了设计，并对其抗震能力进行了分析。分析结果　表明．抗震设计方法是一种比较合理的设计方法。　’　关键词：框架结构；抗震；弹塑性分析设计方法；混合耗能机制　

引言　

在混合耗能机制中，结构在地震作用下的塑性变形主要出　现在梁端、中柱上下端以及各柱柱根。因此　如何保证框架的边　

柱除柱根外不出现塑性铰。从而避免形成同一楼层所有柱上下　

端均出现塑性铰的层间耗能机制．是预应力混凝土框架结构抗　

震设计的关键。　在我国传统的抗震设计方法中．‘‘强柱弱梁”的设计原则是　通过取柱端设计弯矩值为梁端设计弯矩乘以一定的放大系数来　

实现的，即∑　＝￣ｑｃＥ　。其中，　、∑　分别为节点上下柱端和节点　

左右梁端截面反时针或顺时针方向组合的弯矩设计值之和；　ｃ　为柱端弯矩放大系数。对于预应力混凝土框架结构来说，其预应　力筋的数量一般由抗裂度而不是承载能力控制，即使柱端设计　

弯矩按照上式进行计算。也很难保证柱的承载力比相邻的框架　

梁更强。因此。采用传统的抗震设计方法设计的预应力混凝土框　

架结构．在罕遇地震作用下．很有可能会形成危险的”柱铰机制”。　

为解决这个问题．本文对预应力混凝土框架结构的抗震设计方　

法进行了研究。旨在通过采用更为合理的抗震设计方法。使得预　

应力混凝土框架结构的“混合耗能机制”能够得以实现。　

１基于弹塑性分析的设计方法　

基于弹塑性分析的设计方法属于基于性能抗震设计方法中　的一种．最初由英国学者Ａｌｉｒｅｚａ　Ｍａｎａｆｐｏｕｒ提出。这种设计方法　

实质上是对传统的基于力的方法的一种改进．即在基于力的分　

析方法的基础上。借助于弹塑性静力（Ｐｕｓｈｏｖｅｒ）分析或动力（时　

部分预应力混凝土梁实用抗震设计方法探讨　

欧阳晓秋　唐谢兴　

摘　要：近年来，部分预应力混凝土由于兼有　普通混凝土和预应力混凝土二者的优点，其应　用程度也越来越广泛。预应力度和截面相对受　压区高度是反映部分预应力梁延性性能的重要　指标，本文推导了预应力钢筋与截面相对受压　区高度的关系式，通过截面相对受压区的限值　来确定预应力钢筋的限值以保证结构较好的延　性：通过控制部分预应力梁中的预应力度，使部　分预应力混凝土梁的抗震性能与普通混凝土梁　的抗震性能相似。在以上分析和前人做过的一　些试验基础上，本文提出了一种部分预应力混　凝土框架梁实用抗震设计方法，该方法首先通　过抗震配筋限值和裂缝控制计算确定预应力筋　的面积；然后通过正截面承载力和构造要求确　定非预应力筋的面积，避免了次内力的问题和反　复试算。　

关键词：预应力；部分预应力；抗震设计　

中图分类号：ＴＵ３２３．３　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００８－０４２２（２００６）０５—０１４９—０３　

收稿日期：２００６—０６—２８　

作者简介：欧阳晓秋（１９７２），女（汉族），注册一　

级结构工程师。　１　前言　随着大跨度结构的应用，部分预应力混凝土由于兼有普通混凝土和预应力混凝土二者　

的优点，其应用程度也越来越广泛。我国绝对多数地区处在地震区，现行的预应力混凝土结　

构设计理论和方法也存在一些不足，主要表现在：预应力抗震设计方法滞后于工程应用；无　

论是预应力损失计算，还是预应力筋与非预应力筋的选配方法均属于被动校核型，不便设　计　；次内力的问题使设计复杂化。本文在前人所做一些部分预应力混凝土框架梁的试验结　

果基础上，提出了一种主动的实用抗震设计方法。　

２抗震性能分析　

结构抵抗地震作用的能力是由结构抗力，延性，阻尼耗能等各种因素决定。结构抗力可　

以通过承载力计算来保证。延性包含了材料延性，截面延性，构件延性。预应力框架梁的延　性主要由截面延性决定。影响延性的因素有：预应力度　，截面相对受压区高度∈，配箍率　

预应力混凝土框架结构抗震能力的试验研究　孟少平　周明华　朱广富　（东南大学　ＲＣ／ＰＣ结构教育部重点实验室　南京２１００９６）　（盐城市建筑设计院　盐城２２４００２）　摘　要：给出了分别按ＧＢＪ１０—８９规范及混合耗能机制设计预应力混凝土框架在低周反复荷载下的试验结果，并对　试验结果进行了对比分析，指出了混合耗能机制的预应力混凝土框架有良好的抗震性能，验证了ＰＵＳＨＯＶＥＲ方法的分析结　果与试验结果吻合良好。　关键词：预应力混凝土框架结构抗震能力试验　ＴＨＥ　ＴＥＳＴ　ｏＮ　ＡＳＥＩＳＭＩＣ　ＣＡＰＡＣＩＴＹ　ｏＦ　ＰＲＥＳＴＲＥＳＳＥＤ　ＣＯＮＣＲＥＴＥ　ＦＲＡＭＥ　ＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ　Ｍｅｎｇ　Ｓａｏｐｉｎｇ　Ｚｈｏｕ　Ｍｉｎｇｈｕａ　（Ｔｈｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂ　ｏｎ　ＲＣ／ＰＣ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，Ｐ．Ｒ．Ｃ．，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｎａｎ．ｉｉｎｇ　２１００９６）　Ｚｈｕ　Ｇｕａｎｇｆｕ　（Ｙａｎｃｈｅｎｇ　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　Ｙａｎｃｈｅｎｇ　２２４００２）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｒａｍｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｒｅｖｅｒｓｅｄ　ｃｙｃｌｉｃ　ｌｏａｄｉｎｇ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ａｌｅ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ＧＢＪ１０—８９　ｃｏｄｅ　ａｎｄ　ｍｉｘｅｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ。ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｓ　ａｎａｌｙｓｅｄ，ｉｔ’ｓ　ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｒａｍｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｍｉｘｅｄ　ｅｎｅｒｇｙ　ｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｈａｒｅ　ｅｎｏｕｇｈ　ａｓｅｉｓｍｉｃ　ｃａｐａｃｉｔｙ，ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＰＵＳＨＯＶＥＲ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ｆｉｘｅｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｖｅｒｙ　ｗｅｌ１．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｆｒａｍｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ａｓｅｉｓｍｉｃ　ｃａｐａｃｉｔｙ　ｔｅｓｔ　１概述　前面对预应力混凝土框架结构的耗能机制、塑　性铰的出现次序，结构的ＰＵＳＨＯＶＥＲ分析、内节点　的受力性能、柱中箍筋的配置量进行了理论探讨和　计算分析。为验证前面的理论，我们进行了两榀双　层双跨的预应力混凝土框架大比例模型在低周反复　荷载下的试验。　试验的目的是探讨按ＧＢＪ１０—８９规范设计的预　应力混凝土框架在罕遇地震作用下存在的问题，按　推荐的混合机制进行抗震设计的ＰＰＣＦ一２框架在　出铰顺序、破坏机制及结构滞回线的包络线（骨架曲　线）等方面是否与ＰＵＳＨＯＶＥＲ分析得到的结果相一　致，并评价混合机制的预应力混凝土框架结构的抗　震能力。　２低周反复荷载下试验　两榀框架模型，其中ＰＰＣＦ一１按ＧＢＪ１０—８９抗　震设计方法设计（如图１），ＰＰＣＦ一２在内节点处梁　下加腋，边节点处按“强柱弱梁”的原则设计，在内柱　柱端加强约束箍筋。这两榀试验框架的原型与目前　工程实际中预应力混凝土框架类似。梁中的预应力　筋为高强钢丝，用金属波纹管成孔，有粘结。　Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　２００２，Ｖｏ１．３２．Ｎ０．１０　Ｉ　３　４，ｊ　＝　呈．　器　ｔ４　，２￣１２鎏南　ｌ　．　赛　一。４ｔ２￣１２　。ｉ　‘Ｊ２００　２００　＝＋　载　客１　２００萋ｌｌ　：：ｉ　Ｉ—Ｌ　萎　。　拙　‘　塑　’　Ｊ　图１　ＰＰＣＦ配筋图　两榀框架的预应力筋张拉是由东大现代预应力　工程公司完成的。采用一端张拉工艺，张拉控制应　用ｄ…＝０、７Ｌ　ｋ＝０．７×１　５７０＝１　１００　Ｎ／ｒａｍ２，镦头锚　具。在张拉过程中进行了有关参数的测试。ＰＰＣＦ　一１及ＰＰＣＦ一２梁中预应力筋的有效预应力值分别　＊朱广富同志为第二作者。　第一作者：盂少平男　１９６０年１０月出生博士教授　收稿日期：２００２—０７—０５　工业建筑２００２年第３２卷第１Ｏ期