摘要
预制装配式钢筋混凝土结构是我国建筑结构发展的重要方向之一，因为采用标准化设计、工业化生产、装配化施工、信息化管理、智能化应用，是现代工业化生产方式的代表。预制装配式钢筋混凝土结构体系不够完善、整体受力和抗震性能研究不够深入系统，在一定程度上限制其大范围推广应用，尤其是在高烈度地区的应用。 预制装配式钢筋混凝土框架结构的梁柱节点、连接构造及其抗震性能是结构体系预制装配的核心部件和关键问题。本文研究全装配式钢筋混凝土框架梁柱钢质连接梁端、两级耗能节点及其结构抗震减振性能；借鉴钢结构连接的可装配性，提出了钢筋混凝土梁钢质连接梁端和摩擦-钢板屈服两级耗能梁端节点；提出了钢筋混凝土柱钢质柱端、柱-柱型钢混凝土连接及其梁柱节点，形成了钢筋混凝土柱-柱-梁型钢钢管混凝土节点。在此基础上，创建了钢筋混凝土框架梁柱钢质连接、梁端摩擦-钢板屈服两级耗能梁端节点的框架结构新型体系，在方便实现钢筋混凝土框架预制装配的同时，实现了设计可控的强柱弱梁、小震摩擦耗能、中大震乃至超大震钢板屈服耗能“全过程”耗能减振结构体系；建立了相应框架结构及其弹塑性分析模型和设计方法。本文主要研究内容以及创新性研究成果如下： （1）提出了非耗能区钢质连接梁端，建立了预埋型钢连接件临界长度计算方法。非耗能区主要有预制混凝土梁、翼缘面焊接有栓钉的型钢连接件，以及用于与钢质连接梁端节点连接的钢端板组成。钢端板与梁内受力纵筋、型钢连接件端部进行等强焊接，以保证其与主体结构的可靠连接和传递内力。型钢连接件翼缘面焊接栓钉加强与混凝土的粘结力，起到防滑移的作用，其预埋长度和尺寸是影响预制混凝土梁端承载能力的重要参数。根据混凝土梁的受力特点，提出了型钢连接件临界预埋长度的计算公式。试验对比了不同长度型钢连接件试件的受力性能，型钢连接件长度建议取临界长度的0.5~1.0倍，承载力相比现浇结构提高1.1~1.5倍，且具有良好的经济性，适宜推广使用。 （2）提出了一种新型摩擦-钢板屈服两级耗能梁端节点，发展了塑性铰两级耗能构造，揭示了其受力和耗能机理，具有小震（小变形）下摩擦铰转动摩擦耗能、大震（大变形）下槽钢屈服复合耗能的性能和特点。本文设计的两级耗能梁端节点，主要由摩擦铰和耗能槽钢组成，该节点具有摩擦-槽钢屈服两级耗能功能。摩擦铰由钢耳板和摩擦片组成，利用销轴和碟簧预紧连接，提供节点的抗剪承载力和实现小震下摩擦耗能；耗能槽钢由两块槽钢对接组合而成，起到抵抗截面弯矩以及实现大震下屈服耗能。试验结果表明：摩擦-钢板屈服两级耗能梁端节点具有良好的承载能力和复合耗能性能。 （3）在上述预制混凝土梁端钢质连接节点和梁端耗能节点的基础上，提出了预制混凝土柱钢质柱端、柱-柱型钢混凝土连接及其梁柱节点的构造，形成了钢筋混凝土柱-柱-梁型钢钢管混凝土节点，实现了“强柱弱梁”及“强节点弱杆件”的受力要求，同时也解决了预制梁柱现场快速装配的构造问题。预制装配式梁柱节点的关键为核心区组合钢段结构设计。通过对预制梁柱的整体受力分析，形成了预制梁柱截面计算设计方法。利用柱端加载方式进行试验，对全预制十字形梁柱节点的滞回性能以及破坏形态进行了研究，相比于现浇结构，提高了节点的承载力，改变了结构的破坏形态。试验结果表明，现浇结构节点核心区最终剪切破坏，而预制梁柱节点核心区则保持完好；预制柱与核心区发生少量滑移，无明显破坏，验证了柱钢质柱端以及柱-柱型钢混凝土连接的有效性。 （4）基于钢质梁端和钢质柱端以及柱-柱型钢钢管混凝土连接及其梁柱节点的构造和设计方法，实现了设计可控的强柱弱梁、小震摩擦耗能、中大震乃至超大震钢板屈服耗能“全过程”耗能减振结构体系。根据抗震性能要求的不同，提出了三种适用于不同地震烈度地区的框架结构耗能体系，并相应形成了预制梁端耗能节点框架结构设计原则和方法及失效模式识别和优化。基于Pushover和动力时程分析，对比研究了小、中、大及超大震下现浇混凝土框架（CCFS）和全预制装配式混凝土框架（PCFS）的受力及抗震性能。结果显示：PCFS的整体性能优于CCFS，相比于CCFS结构的抗震性能有了显著提高。
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