预应力H型钢混凝土组合梁动力性能参数分析.pdf

第 2 8卷 第 1 期 2 0 1 1年 3月 建筑科 学与工程 学报 J o u r n a l o f Ar c h i t e c t u r e a n d C i v i l E n g i n e e r i n g Vo1 2 8 M a r NO 1 2 O1 1 文章 编 号 ： 1 6 7 3 2 0 4 9 ( 2 0 1 1 ) 0 1 0 0 3 3 0 9 预应 力 H型钢混凝土组合梁动力性能参数分析 计 静 ， 郑 文 忠 ， 张 文福 ( 1 东 北 石 油 大 学土木 建筑 工程 学 院 ， 黑 龙 江 大 庆1 6 3 3 1 8；2 哈 尔 滨 工 业 大 学 土木工程学 院， 黑龙江哈尔滨1 5 0 0 9 0 ) 摘要 ： 为获 得预 应力 H 型钢混 凝 土新型 组合 梁的恢 复 力模 型 ， 对 7根跨 度 为 3 8 0 0 mm、 2根跨 度为 4 5 0 0 mm 的预应 力型 钢混 凝土 简 支梁的 骨架 曲线进 行 了仿 真 分析 ， 探 讨 了综合 配 筋指 标 、 预 应 力 度 、 预 应力 筋合 力点到 梁 下边 缘距 离及 混凝 土轴 心抗压 强度 4个参 数 对截 面单调 弯矩一 曲率 曲 线和 构件 单调 荷载一 位 移 曲线的影 响 ， 同时考察 了综合 配筋指 标 、 预 应 力度 对 构件 截 面曲 率延 性和 构 件 位 移延 性的影 响 ； 最后统 计 回归 出预 应 力 H 型钢 混 凝 土组 合 梁 曲率 延 性和 位 移延 性 的计 算 公 式 ， 建 立 了预 应 力 H 型钢 混凝 土组合 梁弯矩一 曲率恢 复力 模 型和 荷 载一 位 移 恢 复 力模 型 。结果 表 明 ： 预 应力 H 型 钢混凝 土 组合 梁具有 良好 的抗震 性 能 ， 建 立的恢 复 力模 型 可为该 类 梁的结 构 弹塑性 动 力 分析 提供 参考 。 关键 词 ： 预 应 力 H 型钢 混凝 土 ； 组合 梁 ； 预应 力度 ； 恢 复力模 型 ； 动 力性 能 中图分类 号 ： TU3 7 8 2 文献标 志码 ： A Pa r a m e t e r Ana l y s i s o n Dy na m i c Pe r f o r m a n c e o f Pr e s t r e s s e d H s t e e l Re i n f o r c e d Co n c r e t e Co m po s i t e Be a m s j I J i n g ，ZHENG W e n z h o n g 。 ，ZHANG W e n f u ( 1 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g a n d Ar c h i t e c t u r e ，No r t h e a s t P e t r o l e u m Un i v e r s i t y，Da q i n g 1 6 3 3 1 8 ，He i l o n g j i a n g ， C h i n a ； 2 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e r i n g，Ha r b i n I n s t i t u t e o f Te c h n o l o g y ，Ha r b i n 1 5 0 0 9 0，He i l o n g j i a n g，Ch i n a ) Ab s t r a c t ：I n or d e r t o a c q ui r e t he r e s t or i n g f o r c e mo de l s o n t h e ne w pr e s t r e s s e d H s t e e l r e i n f o r c e d c o nc r e t e c o m p o s i t e b e a m s ，t h e s i m u l a t i on a na l ys i s wa s p e r f o r me d on 7 s p a n 3 8 0 0 mm a nd 2 s p a n 4 5 0 0 mm pr e s t r e s s e d s t e e l r e i n f o r c e d c o nc r e t e s i mpl e b e a m s The i nf l u e n c e s o f f ou r f a c t o r s o n t he m o no t o n e m o me nt c ur v a t u r e c ur v e o f s e c t i o n a n d t he mon ot on e l oa d di s pl a c e m e nt c u r v e of m e mbe r we r e d i s c us s e d，whi c h we r e g l o ba l r e i nf or c i ng i nd e x，pr e s t r e s s i n g d e g r e e，t he d i s t a n c e f r o m t h e c e nt r e o f pr e s t r e s s i ng t e n d on t o t h e bo t t om o f t he be a m s a nd a x i a l c o mpr e s s i v e s t r e n gt h o f c on c r e t e，a nd t he i n f l ue nc e s o f t wo f a c t o r s o n c ur v a t u r e d uc t i l i t y of s e c t i o n a nd di s p l a c e me n t du c t i l i t y of me m b e r we r e i nv e s t i g a t e d，wh i c h we r e t h e gl o ba l r e i nf or c i n g i n de x a n d pr e s t r e s s i ng d e g r e e Th e c a l c ul a t i o n f o r m u l a s o f t h e c ur v a t u r e du c t i l i t y a nd t h e di s pl a c e m e nt du c t i l i t y o f p r e s t r e s s e d H s t e e I r e i nf or c e d c on c r e t e c ompo s i t e be a ms we r e g i v e n b y t he s t a t i s t i c a l r e gr e s s i o n Fi n a l l y， t h e r e s t o r i ng f o r c e mo de l s f o r t he mo m e nt c u r v a t ur e a nd t he l o a d d i s pl a c e me n t o f p r e s t r e s s e d H s t e e l r e i nf o r c e d c o n c r e t e c o mpo s i t e be a ms we r e e s t a bl i s he d Th e r e s u l t s s h ow t h a t p r e s t r e s s e d H s t e e l r e i nf o r c e d c o nc r e t e c o m p o s i t e be a ms p os s e s s go o d s e i s mi c p e r f or ma n c e， t he 收 稿 日期 ： 2 0 1 0 1 2 0 2 基金项 目： “ 十一 五” 国家科技支撑计划项 目( 2 0 0 6 B AJ 0 3 A1 0 ) ； 国家 自然科学基金项 日( 5 0 1 7 8 0 2 6 ) 黑 龙 江省 自然 科 学 基 金 重 大项 目( Z D 2 0 0 8 0 6 ) 作者简介 ： 计静 ( 1 9 7 7 一 ) ， 男 ， 黑龙江五常人 ， 副教授 ， 工学 博士 ， E ma i l ： j ij i n g l 9 7 7 1 6 3 c o m。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 4 建筑科 学与工程 学报 2 0 1 1年 r e s t o r i ng f o r c e mod e l s c a n pr o v i d e r e f e r e n c e s f o r e l a s t o p l a s t i c d yn a mi c a n a l y s i s on s t r u c t u r e s o f t hi s ki n d o f b e a m s Ke y wo r d s ：p r e s t r e s s e d H s t e e l r e i n f o r c e d c on c r e t e；c o mp os i t e b e a m ；p r e s t r e s s i ng d e g r e e；r e s t o r i n g f o r c e mo de l ；d y na m i c pe r f o r ma n c e 0 引 言 目前 ， 既 有房 屋 的套建 增层 改 造 已经成 为 中 国 城市建设 的热 点 问题之 一l_ l 。 。为保 证 套 建增 层 过 程中既有房 屋的正 常使 用 ， 避免 将 施工 阶 段 的荷 载 传 至原房屋屋 盖 ， 笔者提 出 了以预应 力 H 型 钢混凝 土组 合梁作 为框架梁 、 以角 钢混 凝 土柱 作 为框 架柱 的新 型框架结 构 ， 通过在 H 型钢 的下 面挂 底模 ， 并 以底模为支 承设 置 侧 模 ， 来 实 现 在浇 筑混 凝 土过 程 中由预应力 H 型 钢承担梁 自重 和施工荷 载 ， 在使 用 阶段 预应力 H 型 钢混 凝 土组 合 梁与 角 钢 混凝 土 柱通过 节点形成外 套框架承 担新增荷 载 。新 型框架 结构 中采用 的预应 力 H 型 钢混凝 土 ( P HS R C ) 组 合 梁具有 预应 力梁 和钢 骨混 凝土 梁 的双 重 优点 ， 是 一 种新 型、 高效且很有 发展前途 的结构形 式 。 对于 常规 的结 构形式 ， 如 混凝土结 构 、 预应力 混 凝 土结构 、 钢 结构 、 组合 结构等 的研究都经 历 了一定 的发展历程 ， 取 得 了一 定 的成 果 。但 各 国对预 应力 型钢混凝土梁抗震性能方面的研究很少 ， 傅传国l 6 进行 了两榀在转换 大梁 中采用 预应 力型钢 混凝土结 构和 普通钢筋混 凝土转换 大梁 的叠 层空腹 桁架结构 1： 8比例 缩尺 模 型 在水 平 低周 反 复荷 载 下 的抗 震 性能试验 ， 试验结 果表 明 ， 采用预应 力型钢混凝 土转 换大梁 的结构模 型 ， 其 总体 受 力性 能 和抗 震性 能 明 显优于普 通钢筋混凝 土结构模 型 。薛伟辰 等 进 行 了 2根不 同预应力 度的预应力 钢骨混凝 土梁低周 反 复荷载试验 ， 研 究 了 P HS R C梁 的破坏 形态 、 变形恢 复能力、 延性 、 刚度退化和耗能能力等重要抗震性能 指标 ， 但 目前 在大量 参数 分 析基 础 上可 应 用于 结 构 动力 分析 的 P HS R C梁恢 复力模 型 尚未见报 道 。 本文中笔者分别对 文献 7 中的 2根跨度 为 4 5 0 0 mm 的 P HS R C梁荷 载一 位 移( p) 骨架 曲线 、 文献 f 8 7 中 的 7 根跨 度为 3 8 0 0 mm 的 P HS RC梁单 调弯矩一 位移 ( M- A) 曲线进 行 了仿 真分 析 ， 分 析结 果 与试验结 果吻合 良好 。基 于 仿真 分 析方 法 ， 考察 了 综合配筋 指标 、 预 应力 度 。 、 预 应 力 筋合 力 点 到 梁下边缘 距离 h 及混凝 土轴心抗 压强度 厂 这 4个 参数对构 件截 面 单 调弯 矩 一 曲率 ( M ) 曲线 和 构 件 单调 P 曲线 的影响 ， 建 立 了与试 验 结果 吻合 良好 的MW和 P 一 恢复力模型， 为采用该类梁的结构弹 塑性动力 分析提供 参考 。 l 单调荷载一 位移 曲线的仿真分析 首先采 用纤 维模 型法 进 行 各个 截 面 的 弯 矩一 曲率 分 析 ， 得 到 弯矩一 曲率 关 系后 ， 采 用共 轭 梁 法可 获得 构件 的单调荷 载一 位 移关系 曲线 。 1 1 材料 的本构模 型 l _ 1 1 混 凝 土 的 本 构 关 系 混 凝土应 力一 应 变关 系 受压 曲线 由抛 物 线 的 上 升段 和直线 的下降段组 成 ， 受拉 曲线为直 线段 ， 其数 学 表达式 为 r E f E O = J E 1 一( 1 一 。 E 0 ) o 。 E 0 ( 1 ) l +E ( e 一 o ) e o s 式 中： ， 为普通钢筋的抗拉强度标准值； 为普通 钢筋的应力 、 分别为普通钢筋的应变和普通钢 筋 达到抗拉 强度 时对应 的应变 ； E 为 普通 钢筋 的弹 性模 量 。 钢骨 的本构关 系与钢筋 相 同。 1 1 3 预 应 力筋的本构 关 系 预应力筋 的应力一 应变关 系采用 三段式 ， 即 r Ep 1 p p p 1 一 l+Ep 2 ( p p 1 ) e p 】 e p p 2 ( 3 ) 【 2 +Ep 3 ( p E p 2 ) p 2 p p 3 式 中 ： 厂 p 、 。 分 别 为 预 应力 筋 应 力 一 应 变 曲线 上 三 分段拐点 处 对 应 的应 力 ； 。为预 应 力 筋 的 应 力 ； e 。 为预 应 力 筋 的应 变 ； e p 1 、 e 。 、 e 。 分 别 为预 应 力 筋 应 力一 应变 曲线上三 分段拐 点处 对 应 的应变 ； E 。 、 E 。 。 、 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 计 静 ， 等 ： 预应 力 H 型钢 混凝土 组合 梁动 力性 能参 数分析 3 5 。分 别为三 分段 的弹性 模量 。 1 2荷 载一 位 移分 析 为获得 P HS RC梁 的单 调 P 关 系 曲线 ， 必须 先得 到截 面的 M_ 关 系 ， 因此 ， 本 文 中首 先 采 用 纤 维模 型法进 行各 截 面 的 M_ 分析 。在进 行 分 析时采 用如 下假定 ： 平 截 面假定 ， 即构件 正截 面变 形后仍 保持平 面 ， 型钢与 混凝 土无 相对滑 移 ； 采用 条带形 心处 的应力 和应变 作 为整个 条带 的应力 和应 变 。由构件 截面 的 曲率及 各 条带坐 标可求 得各 条带 200 一 g 1 5 0 Z l 00 50 O Z 30 60 90 1 20 1 50 d mm ( a ) 试 件P H S R C B - 1 20 0 一 a 15 0 z 1 0 0 5 0 0 2 一 g I Z 1 4 mm ( b 1 试 件P HS RCB- 2 3 0 6 0 9 0 1 2 0 1 5 0 m m ( e 、 试件P HS R C B - 5 2 00 一 最 15 0 z 1 0 0 5 0 O 的应 变 ， 然后 由材 料 的本构关 系求得 各条 带 的应 力 ， 由各 条带 的应 力及 条 带 坐 标 即 可求 得 截 面 的弯 矩 。 在求 得 了构 件各截 面 的 M_ 关 系后 ， 采用 共轭 梁 法 可求得 构件各 截 面的位 移 。 通过上述 方 法 计 算 得 到 的文 献 E 8 中给 出 的 7 个试 件 的单 调 M- A 曲 线 与试 验 曲线 的 对 比如 图 1 所示 ， 可 以看 出二 者吻 合 良好 。计算 得到 的文献 7 中给 出的 2个 试 件 的单 调 曲线 与 试 验 曲 线 的 对 比如图 2 所 示 ， 二者 也吻合 良好 。 2 0 0 一 g 1 50 1 00 暮 5 0 0 0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 l 5 0 A m m ( c ) 试 件PHS RCB- 3 3 0 6 0 9 0 1 2 0 l 5 0 mm ( n试 件P H S R C B - 6 2 一 暑 1 Z 1 2 0 0 一 目 1 5 0 至1 0 0 5 0 0 3 0 6 0 9 0 1 2 0 l 5 0 A m m f d 1 试件P HS RC B一 4 m m ( g ) 试件P HS RCB- 7 图 l 试 件 的 单 调 M- -A 曲 线对 比 Fi g 1 Co mpa r i s o ns o f M o no t o n e M- A Cu r v e s o f Sp e c i me n s 4 ra m f b 1 试 件P HS RCB一 2 图 2 试 件 的单 调 P - A 曲 线对 比 Fi g 2 Co mpa r i s o ns o f M o no t o n e P- A Cur v e s o f Sp e c i me ns 2 构件截面弯矩一 曲率关 系参数分析 利用纤 维模 型 法 对 l 7根 P HS R C 梁 截 面单 调 _ 关 系 曲线进 行参 数 分 析 ， 考 察 了综 合 配 筋 指标 、预应 力度 。 、 预应 力 筋合力 点至梁 下边 缘 的距离 h 及 混 凝土 轴心 抗 压强 度 对构 件截 面单 调 关 系 曲线 的影 响 ， 其 中 ， 一 ( A 4 - A f 一A _厂 ) _厂 。 6 ( h ) ， 。 一A f ( A。 f 4 - A f ) ， A 、 A 、 A 分别 为 预应力筋 的面积 、 梁 下部 酱 通钢 筋 的面 积 和梁 上部 普通 钢筋 的面 积 ； 、 、 分别 为预 应 力 筋 的抗拉 强度 、 梁下 部 普 通 钢筋 的抗 拉强 度 和 梁 上 部 普通 钢 筋 的抗 压 强 度 ； b 、 h分 别 为 截 面 的宽 度 和 高度 。材 料基本 参数 ： 截 面尺寸 为 6 h 一2 0 0 I T l m 3 5 0 r n m， 混凝土 强度 等级为 C 4 0 ， 内置 H 型钢截 面尺 寸为 2 0 0 I T l m1 0 0 mm5 5 mm8 mm， 钢骨 屈 服 强度取 3 4 5 MP a ， 预 应力 筋 屈服 强 度取 1 3 2 0 MP a ， 非预应力筋 屈服强度取 3 3 5 MP a 。钢骨 、 钢 筋保护层 厚度分别 为 7 5 、 2 5 mm。材料 的本 构关系与第 1 1 节 中的相 同 ， 模 拟截面参数如表 1 所示 。 2 1综合 配筋指标 图 3为当预应力度 。恒定 时综合配筋指标 对截 面单 调 关 系的影 响 。从 图 3可 以看 出 ： 随 的增大 ， 截面 的正 、 负 向抗 弯 承 载力 均 逐 渐增 大 ， 但截 面 的正 向抗 弯 承 载 力 比负 向增 加 的显 著 ； 构件 破坏 时 ， 截 面 的正 向变 形 能力 减 弱 ， 延 性逐 渐 变 小 ， 负 向变形 能力也 逐渐 减弱 ， 但 变化 不 明显 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 6 建筑科 学 与工程 学报 2 0 1 1卑 表 1 模 拟 截 面 参数 及 延 性 Ta b 1 Pa r a m e t e r s a nd Du c t i l i t i e s o f Si m u l at i o n S e c t i o n s ， ， ， 试件编号 A。 ram AJmm Ap ram h p mm NP 0 k N 0 a l a l d mc a I ,U a c a l P M l 1 6 8 1 6 8 1 2 1 l 1 5 1 2 6 0 1 0 0 7 4 7 2 7 2 6 4 6 2 7 2 7 2 6 4 6 2 PM - z 2 8 0 2 8 O 1 2 1 1 1 5 1 2 6 O 1 O 0 6 3 7 8 7 6 6 7 6 7 7 7 7 6 6 7 6 7 PM 一 3 4 0 6 4 0 6 1 2 1 1 l 5 1 2 6 0 1 0 0 5 4 8 3 8 1 7 0 7 3 8 3 8 1 6 9 7 3 PI _ 4 5 6 O 5 6 0 1 2 1 1 1 5 1 2 6 0 1 O 0 4 6 8 9 8 7 7 6 7 8 8 8 8 7 7 6 7 8 PM 一 5 3 35 3 3 5 2 4 2 l 1 5 2 5 2 0 2 0 O 7 4 5 8 6 0 5 4 5 4 5 8 6 0 5 4 5 4 PM一 6 5 6 0 5 6 0 2 4 2 l 1 5 2 5 2 0 2 0 0 6 3 6 3 6 4 6 0 6 1 6 3 6 4 6 0 6 1 PM 一 7 81 4 8 1 4 2 4 2 l 1 5 2 5 2 0 2 0 O 5 4 6 9 6 8 6 8 6 7 6 9 6 8 6 8 6 7 PM一 8 1 1 2 O 1】 2O 2 4 2 l 1 5 2 5 2 0 2 0 0 4 6 7 6 7 4 7 4 7 2 7 6 7 4 7 4 7 2 PM一 9 5 O 4 5 0 4 3 6 3 1 1 5 37 8 0 3 0 0 7 4 4 6 4 7 4 ， 8 5 2 4 6 4 7 4 8 5 2 PM一 1 O 8 4 0 8 4 0 3 6 3 1 1 5 3 7 8 0 3 0 0 6 3 4 9 5 1 5 8 5 9 4 9 5 1 5 8 5 9 PM l 1 1 2 1 8 1 2 1 8 3 6 3 1 1 5 3 7 8 0 3 0 0 5 4 5 3 5 5 6 6 6 5 5 3 5 5 6 6 6 5 P M 一 1 2 1 6 8 0 1 6 8 O 3 6 3 1 1 5 3 7 8 0 3 O 0 4 6 5 8 6 1 7 3 7 1 5 8 6 1 7 3 7 1 PM 一 1 3 5 0 4 5 0 4 3 6 3 9 O 3 7 8 0 2 7 0 7 4 4 9 5 1 6 3 6 2 4 9 5 1 6 3 6 2 PM 一 1 4 5 O 4 5 0 4 3 6 3 1 4 0 3 7 8 0 3 4 0 7 4 4 5 4 2 4 3 4 6 4 5 4 2 4 3 4 6 PM l 5 5 0 4 5 04 3 6 3 1 l 5 3 7 8 0 3 9 0 7 4 4 0 4 0 5 8 5 6 3 9 4 0 5 8 5 6 PM一 1 6 5 O 4 5 0 4 3 6 3 1 1 5 37 8 0 2 6 0 7 4 5 1 5 2 4 8 5 2 5 1 5 2 4 8 5 2 PM一 1 7 5 0 4 5 0 4 3 6 3 1 1 5 3 7 8 0 2 3 O 7 4 5 5 5 6 4 9 5 3 5 5 5 6 4 9 5 3 注 ： Np o 为有效预应力 ； a 1 、 a 1 分别为通过 回归公式获得的正、 反 向曲率延性系数 、 的计算值； l 、 分别为通过 回归公式获得 的正 、 反向位移延性系数 、 的计算值 。 由表 l可以看 出 ， 截面 的综 合配筋指标 对截 面的曲率延性系数 影响很大。图 4为截面的曲 率延性系数 、 ( 上标“ 。 表示负向， 元上标表示 正 向， 下文 同 ) 与 综 合 配筋 指 标 的关 系 曲线 ， 曲 线 表明 ， 随 的增 大 ， 截 面 正 、 负 向 曲率 延 性 逐 渐 减小 ， 但截 面正 向 曲率 延性 降低得 显 著 ， 而 截 面 负 向曲率延性降低得 比较缓慢。 2 2预应力度 图 5为当综合配筋指标 恒定时预应力度 。 对截面单 调 关 系的影 响。从 图 5 可 以看出 ， 随 。的增大 ， 截 面的正 、 负 向抗 弯承载力 均 逐渐减 小 ， 构 件达到破坏 时 ， 截面 的正 、 负 向变形能力 均减弱 。 图 6为截面 的曲率延性 系数 z 、 与预应力 度 。的关 系 曲线 ， 曲线表 明 ： 随 。的增 大 ， 截 面正 、 负 向的曲率延性逐 渐减低 ； 随 的增大 ， 截 面正 向曲 率延性 降低 的幅度变化不 显著 ， 而截 面 负 向曲率 延 性降低 的幅度加剧 。 2 3预应力筋 合力点至 梁下边缘 的距离 图 7 为不同预应力筋位 置对截面单调 曲线 的影 响。从 图 7 可 以看出 ： 随 h 的增 大 ， 截 面正 向的 抗弯承载力逐 渐减 小 ， 截 面负 向的抗弯 承 载力逐 渐 增大； 构件达到破坏 时， 截面的正向变形能力增大， 但变化不 明显 ， 而截 面 的负 向变 形能力 减 弱且 变化 显著 。 2 4混凝土 轴心抗压 强度 图 8为不 同混 凝 土轴 心 抗 压 强 度对 截 面 单 调 曲线的影 响 。从 图 8可 以看 出 ： 随 的增 大 ， 截面正 、 负向 的抗 弯 承 载力 均 逐渐 增 大 ， 但 正 向增 大较负 向明显 ； 构件 达到破 坏 时 ， 截 面 的正 、 负 向变 形 能力变化 均不 明显 。 通过对模 拟 构件 截 面 曲率 延 性 与 参 数关 系 的 拟合 ， 可得 曲率 延性 系数 的表达式 为 一 6 1 8 1 2 8 2 + 1 7 3 2 o 1 一9 7 7 +0 1 1 6 6 8 A 。 【 式 ( 4 ) 的计算 结果如表 1所示 。 3 构件单调荷载一 位移 曲线参数分析 1 7 根 P HS R C模拟简支 梁基本 参数 ： 梁全 长为 3 8 0 0 mm， 2个 集 中 力 作 用 点 之 间 纯 弯 净 跨 为 1 2 0 0 mm， 采用 二 点 集 中 对 称 的 同步 分 级 加 载 方 式 ， 试验 加 载见 图 9 。有 粘 结 预 应 力 筋 采 用 1 8 6 0 级低松 弛高强 钢 绞 线 ， 将 其 一 端 张拉 ， 张 拉 控 制应 力 一0 7 5 f p I k ， 为预 应力 筋 的极 限抗拉 强度 ， 模 拟梁预应 力筋 、 粱 中箍筋 及其 他 非预 应力 筋 。综 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1 期 计 静 ， 等 ： 预应力 H 型钢混凝土组合梁动力性能参数分析 3 7 图 3 不 同 风 的截 面 单 调 M叩 关 系 曲线 Fi g 3 M o no t o n e M - cp Cu r v e s of S e c t i o n s wi t h D i f f e r e n t 风 合 配筋指标 、 预 应力 度 、 预应 力 筋 合 力 点 至梁 下 边 缘距 离及 混凝 土轴心 抗压 强度 对 荷 载 一 位 移 曲线 的 影响 与其 对 弯 矩一 曲 率 曲 线 的 影 响 基 本 相 同 ， 这 里 不 再赘述 。构件 正 、 负 向 的位移 延 性 系数 ， j 、 的 计算 结果 如表 1所示 。 由表 l所示 的试 件 截 面 曲率 延 性 系 数 和 位 移 延性 系数 的结 果 可 以看 出 ， 截 面 正 、 负 向 的 曲率 延 性 系 数 和 试 件 位 移 延 性 系 数 均 大 于 4 ， 可 见 P HS RC梁 具有 良好 的抗震性 能 。 图 4 与 、 的 关 系 F i g 4 Re l a t i o n s Be t we e n芦 u a n d p 9， p 4恢复力模型 基 于试验 和参 数分 析结 果 建 立 了预 应 力 H 型 钢 混凝 土组合 简支 梁跨 中截 面 弯矩一 曲率 恢复 力 模 型和组合 梁荷 载一 位 移恢 复力 模 型口 。恢 复 力 模 型的建 立所考 察 的 主要 参 数 是综 合 配筋 指 标 和 预应力度 。 ， 介 于 0 1 O 3 9之 间， 。 介 于 0 4 6 0 7 5 之间 。 4 1 弯矩一 曲率恢 复 力模型 4 1 1 骨 架 曲线 以单 调荷载 作用下 组合 梁 跨 中截 面 的 弯矩 一 曲 率关 系 曲线 为基 础 ， 建立 弯矩 一 曲率 恢 复 力 模 型 的 骨架 曲线 。M_ 骨架 曲线 采 用 考 虑 开 裂 、 屈 服 、 极 限及 达到 峰值承 载力后 刚度 退 化 的 四线性 模 型 ， 如 图 1 0所示 。模 型 中需 要 确 定 的 7对参 数 ： 开 裂 曲 率 ( ) 、 开裂 弯 矩 M ( M ) 、 屈服 曲率 ( ) 、 屈服 弯矩 M ( M ) 、 峰 值 曲率 ( ) 、 极 限 弯 矩 M ( ) 和 下降段 刚度 ( Ej ) ( E1 ) 。 经 数值 分析 回归可 得组 合梁 跨 中控 制 截面 正 、 负向初 始 阶段 刚度 ( E ) 、 ( ED 的表 达式分 别为 ( EJ ) 一 1 5 02 8 1 1 + 4 3 9 9( E J ) + 1 0 6 5 ( E J +E j ) +E j 1 ， ( 5 ) ( EJ ) “ 。 。 7 2 4 3 4 4 3 6 5 5 ( E j ) +f i 0 4 4 ( E I 。 +E ) +E J 式 中 ： E 为混 凝 土受 拉 段 的刚 度 ； E J 为 普 通 钢 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 3 8 建 筑科学与 3 - - 程学报 2 O 1 1 血 百 互 百 百 五 ( a ) =0 1 图 5 不同 的截面单调 M 关系曲线 Fi g 5 M o no t o n e朋 Cu r v e s o f S e c t i o n s wi t h Di f f e r e nt 0 筋 的刚度 ； E I 为 预应 力筋 的刚度 ； E I 为钢 骨 的 刚度 。 ( 1 ) 极 限弯矩 正向极 限弯矩 Mo 可 由文献 4 中给 出 的公式 计算得 到 ； 负 向极 限弯矩 经 回归分 析得到 ， 其 表 达式为 一 ( 一 1 0 6 +0 3 8 +0 2 8 A 。 ) M u ( 6 ) ( 2 ) 屈 服弯矩 M 一 ( 1 1 1 + 0 O 2 + 0 1 3 A 。 ) M 一 ( 1 + o _ O o 5 + 0 0 6 2 1 o ) M , ( 3 ) 开裂弯 矩 My =( -0 2 0 +0 0 4 fl y +6 1 5 e 一 ) Me ： ( 1 3 7 7 一 o 46 一 2 6 6 。 ) M ( 4 ) 开裂 曲率 言 Z 暮 菖 至 垂 0 ( b ) 截 面 负 向 图 6 。与 、 1 I 的 关 系 Fi g 6 Re l a t i o n s Be t we e n 0 a n d ， ep m一 图 7 不 同 h 的截面单调 M- cp关 系曲线 Fi g 7 M o n o t o n e 妒 Cur v e s o f Se c t i o n s wi t h Di f f e r e n t h p 图 8 不 同 的 截 面 单调 妒 关 系 曲线 Fi g 8 M o n ot o ne Cu r v e s o f S e c t i o ns wi t h Di f f e r e n t f c 一 (7 65 + O 7 9 一 1 8 4 A 0 ) 1 一( 2 0 5 8 1 9 0 3 fl o -4 5 0 2 o ) f ( 6 ) 峰值 曲率 一 ( 2 4 7+ 0 1 4 1 n 0 1 6 A o ) 一( 1 1 4 -0 2 4 1 n +0 2 0 A 。 ) f ( 1 0 ) ( 1 1 ) 、 ， 、 ， D D E 一 一 率 曲 服 靥 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 1期 计 静 ， 等： 预应力 H 型钢混凝土组合梁动力性能参数分析 3 9 l 2 00 I P 图 9 试件 尺寸及 配筋( 单位 ： mm) Fi g 9 Di me ns i o ns a nd Re i n f o r c e m e nt s o f S p e c i me n s( Un i t ： mm) D p 妒 M M 图 1 0 胁 骨 架 曲线 Fi g 1 0 m S ke l e t o n Cu r v e ( 7 ) 下 降段 刚度 ( ED d 一( 0 0 l 一0 0 8 p 0 0 0 1 A 。 ) ( EJ ) ( 1 2) ( E 1 ) d 一( 0 0 8 0 2 0 p o 一0 1 1 A o ) ( EI ) 。 I 4 1 2 弯矩一 曲率滞 回规 则 组合 梁跨 中 截 面 M_ 恢 复 力模 型 如 图 l l所 示 ， 其 中箭 头表 示模 型在正 、 反 方 向加 、 卸 载 过 程 中 的行走 路线 。 M M l_ M M M 图 1 1 妒恢 复 力 模 型 Fi g 1 1 Re s t o r i n g For c e M o de l 滞 回规则 表述 如下 ： ( 1 ) 弹性段 加 、 卸 载规 则 昆凝 土 开 裂 前 ， 增 量 加 载 刚 度 取 初 始 阶段 刚 度 ， 卸 载时不考 虑 刚度退 化和残 余变 形 。 ( 2 ) 弹塑性 段加 、 卸载 规则 开裂 点 至屈服点 之 间 ， 增 量加 载 刚度 取 屈服 刚 度 ， 卸载 时卸 载 刚 度取 初 始 弹性 刚 度 ， 不 考 虑 刚 度 退化 和残余 变形 。 屈服点 至极 限点 之间 ， 增量 加 载 刚度 取屈 服 后 刚度 ， 卸载 时 卸 载 刚 度取 开 裂 刚 度 ( Er ) 和 ( E 1 ) 按系 数 折减后 的 刚度 ， 一 ( ) ， 为屈 服 点 的 曲率 值 ， 为 卸载 点 的 曲率 值 ， 为 系数 ， 根 据文 献 7 中的试 验结果 得 到的建 议值 一 0 6 。 ( 3 ) 下 降段加 、 卸载规 则 达 到 极 限 点 之 后 ， 增 量 加 载 刚 度 取 下 降 段 刚 度 ， 卸载 时卸 载刚度 仍 取 开 裂 刚度 ( EI ) 。 、 ( E 1 ) 按 系数 折 减后 的 刚度 。 ( 4 ) 反 向加 载规 则 卸载 后 的反 向再加载 ： 当反 向经 历 过 的最 大 曲 率 未超过 开裂 曲率 时 ， 在 M 一0处 直 接 指 向反 向开 裂点 ； 当反 向经 历 过 的 最 大 曲率 超 过 开 裂 曲率 时 ， 在 M一0处指 向反 向经历 过 的最 大 曲率点 。 图 1 2中实 线是 由试验 获得 的截 面 M_ 滞 回曲 线 ， 虚线为 本文 中建 立 的 M_ 恢 复 力 模 型 曲线 ， 通 过对 比可 知 ， 二者 吻合 良好 。 冒 至 m ( a ) 试件P HS RCB- 1