[摘要] 本文是一篇建筑论文，本文以预压装配式混凝土结构抗震性能问题为背景
本文是一篇建筑论文，本文以预压装配式混凝土结构抗震性能问题为背景，在课题组前人的基础上，通过大量的有限元模拟和拟静力试验，针对摩擦关节式预压装配梁柱框架单元，揭示其抗震性能，并考察其滞回曲线、骨架曲线、界面耗能性能及能力，分析不同的牛腿曲率半径，预压应力以及钢绞线长度等因素对框架单元耗能性能的影响，进一步讨论梁柱本身的挠曲变形对结构耗能特性的影响。对该框架单元的抗震性能，能量耗散能力有一个全面的评价。
1 绪论
1.1 研究背景
随着城市化建设的不断发展，我国的建筑产业也在以惊人的速度扩张，而目前我国的建筑行业依然以现浇钢筋混凝土为主。传统的现浇钢筋混凝土房屋现场作业量大，工人劳动强度高，生产效率低下且对环境污染大。这一系列的问题都迫使人们寻求建筑业的新出路。建筑工业化则成为了建筑追求的新型产业结构。
早在 1995 年，建设部就发布了《建筑工业化发展纲要》[1]，明确提出了工业化建筑体系的概念、分类、结构类型、施工工艺。随着市场经济的发展，尤其是商品房的出现和房地产市场的形成，我国建筑工业化的发展呈现出向大规模住宅工业化方向发展的趋势。其中预制混凝土结构是实现住宅产业化和建筑节能减排的有效途径之一。2017 年，国务院下发了《“十三五”装配式建筑行动方案》[2]，提出了明确的要求，鼓励和推进装配式结构在各个地区的发展，要求各地制定更高层次的发展目标。为了使我们装配式结构的建筑队伍更加专业化，装配式建筑生产企业和工程总承包企业更加全面化，要布局装配式建筑的生产、施工、运输等全工业条线，并健全装配式建筑的相关法规标准、监管机制、政策措施、技术要求等。全面提升和提高装配式建筑的产品质量和经济效益。争取在 2021年之前，达到“15、20、15、10”的要求，即装配式建筑在全国新建的建筑中要达到 15%以上，这是总体上的要求。对于重点推进区域，如北上广深这样的一线城市，更是要求达到 20%以上；对于要求积极推进的区域，如成都.武汉等省会城市，要求达到 15%以上；其他地区要求基本达到 10%左右。实现装配式建筑体系全面的可持续的发展。
装配式混凝土结构体系以其环保，节能、绿色等特性，在国家建筑工业化发展的浪潮中有着不可替代的作用。特别是在当今的社会，人口老龄化导致的劳动成本不断增加、国家又大力提倡可持续发展战略的前提下，装配式混凝土结构体系的应用已经越来越广泛[3]。
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1.2 研究现状及分析
1.2.1 装配式混凝土结构抗震性能研究
1. 国外方面
在二十世纪的六七十年代，新西兰坎特伯雷大学的 Robert Park 教授等人就已经对足尺预制装配式框架的后张预制拼装节点进行了低周反复试验[24]，从试验中发现预应力装配式混凝土结构的节点区域在低周往复荷载作用下具有良好的变形能力和恢复能力。这一结果在当时并未引人注意，直到近几十年才被各国所认可。这也要得益于近年来对于预应力装配式混凝土结构的研究热潮，大量的理论分析和试验研究都表明预应力装配式混凝土结构在地震作用下有着十分优异的抗震性能 [25] [26]。
为了进一步研究预应力预制钢筋混凝土结构的抗震性能，美国的 NIST 联合Charles Pankow Buildiers 公司以及华盛顿大学一道研发了一种新型的预制混合型抗弯框架体系，其中节点的具体形式如下图 1-8 所示。
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2 摩擦关节式预压装配框架单元的有限元分析
2.1 建模方案
本节通过 ABAQUS 软件建立一个牛腿曲率半径为 300mm，界面有效预压应力为 3.5 MPa 的十字型节点的有限元分析模型，并对该模型施加循环荷载作用下的拟静力场。ABAQUS 有限元软件模型的建立主要需要考虑以下几个方面：单元的选择，作用场的设置，材料属性的定义（即本构模型），各独立部件之间的接触设置，边界条件的模拟以及网格划分等。具体模型的尺寸及配筋如图 2-1 所示。
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2.2 模拟结果
通过有限元软件 ABAQUS 对一个牛腿曲率半径为 300mm，界面有效预压应力为 3.5 MPa 的十字型框架单元进行模拟分析得到界面处的弯矩-转角滞回曲线和节点最终的破坏形式等相关内容。为后续的试验研究打下一定的数据基础。
2.2.1 滞回曲线
试件梁柱界面处的弯矩-转角滞回曲线模拟分析结果如图 2-8 所示。
通过图 2-8 的滞回曲线图分析可得知：图中最中间位置的竖线代表界面开始发生转动，这意味着弯矩从 0 增加到 60 kN ?m 时，结构的接触面开始滑动。滑动荷载这一数据对后续试验的荷载-位移控制加载方式有重要的指导意义。 从滞回曲线图可以看出：
（1）该结构的滞回环十分饱满，呈典型的平行四边形，耗能能力较好，捏缩现象不明显。
（2）卸载后，曲线无法回到零点，基本呈现一条竖线，说明构件的残余变形较大，即构件的恢复能力较差。
（3）构件的最终承载弯矩在 80 kN ?m 左右，可以根据这一数据，在后续的试验当中选择合适量程的千斤顶及荷载传感器等仪器。
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3 摩擦关节式预压装配框架单元拟静力试验 ................................. 36
3.1 试验研究方案 .................................... 36
3.2 试验现象 ...................................... 52
4 摩擦关节式预压装配框架单元耗能性能影响因素研究 ..................................... 72
4.1 界面预压应力 .......................................... 72
4.2 牛腿曲率半径 ..................................... 74
5 结论与展望 ........................................ 84
5.1 全文总结 ...................................... 84
5.2 有待进一步研究的问题 ........................... 85
4 摩擦关节式预压装配框架单元耗能性能影响因素研究
4.1 界面预压应力
4.1.1 对关键点数值的影响
由上一章可知，界面预压应力的不同导致试件界面之间的滑动摩擦力不同，从而使得构件滑动时的滑移弯矩不同。选取构件 C1、C2、C3（十字型节点，牛腿曲率半径为 300mm，预压应力分别为 3.5MPa、2MPa、5MPa）进行对比，如表 4-1 所示。
从表 4-1 可知，随着界面预压应力的增加，构件滑移所需要的荷载也在增大。这是因为界面的滑动摩擦力与预压应力满足公式 f=? ?N ，这也是符合认知的。
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5结论与展望
5.1全文总结
随着我国建筑行业的不断发展，建筑工业化已经成为建筑领域最主要的发展趋势。装配式建筑是建筑工业化的关键路径，而装配式结构则是装配式建筑的核心所在。近年来，预压装配式结构以其优异的装配施工效率和震后恢复能力成为装配式结构中的佼佼者。但是，预压装配式结构仍然存在地震作用下耗能性能较差，抗震能力较弱等问题，为此，本课题组提出了一种新型摩擦关节式预压装配框架结构，通过在引入摩擦耗能机制来提高结构的耗能性能。本文针对摩擦关节式预压装配梁柱框架单元，开展了一系列有关耗能特性的研究。本文先通过有限元软件 ABAQUS 建立了一个摩擦关节式预压装配梁柱框架单元的模型，通过对该模型的分析，了解此类框架单元的滑动荷载，极限承载力等力学性能；接着设计并制作了七个摩擦关节式预压装配梁柱框架单元试件，并进行了低周往复荷载的拟静力试验。得出以下主要结论：
（1）试件首先在梁端角部出现横向裂缝，随着荷载的增加，裂缝向后向上扩展直至与顶部的裂缝闭合，随后混凝土开始剥落。继续增加荷载，柱子中间开始出现 45°的斜向裂缝，同时牛腿根部与梁端连接处出现横向裂缝，且裂缝随着荷载的往复张开、闭合。试验的最后阶段，转角较大，继续增大位移幅值，界面的滑动转为界面的张开、闭合，界面的摩擦耗能能力大大减弱。最终由于钢绞线变形过长，使得锚具压碎承台面，导致预应力筋松弛垫片掉落，构件失效。
（2）在荷载较小时，构件没有发生滑动，滞回曲线呈反 S 型，卸载后位移基本上回到零点；荷载较大时，构件一旦发生了滑动，滞回曲线呈平行四边型，且曲线较饱满，说明试验过程中，构件的位移幅值比较大，并且在卸载后，位移无法回到零点，残余变形较大。但构件 C5 只呈现出反 S 型，这是因为 C5 的曲率半径过大，弧面平缓，构件难以发生相对转动，相当于一个固结节点。
参考文献（略）
