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第一篇 自定心混凝土框架3

第1章 绪论——自定心框架3

1.1 研究背景和意义3

1.2 国内外相关领域的研究发展和现状4

1.2.1 无黏结预应力混凝土框架4

1.2.2 自定心钢抗弯框架10

参考文献13

第2章 自定心混凝土框架梁柱节点的理论研究16

2.1 节点基本构造及工作机理16

2.2 节点梁端弯矩-相对转角关系17

2.3 梁端轴力、剪力与弯矩的表达式18

2.3.1 节点隔离体18

2.3.2 摩擦耗能件的力-变形关系19

2.3.3 节点张开后的抗弯刚度20

2.4 节点梁端弯矩-相对转角关系分析模型22

2.4.1 消压弯矩22

2.4.2 临界张开弯矩23

2.4.3 节点张开23

2.4.4 节点卸载24

2.4.5 节点闭合24

2.5 相对能量耗散率24

2.6 本章小结24

参考文献25

第3章 自定心混凝土框架梁柱节点的低周反复加载试验（Ⅰ）26

3.1 试验概况26

3.1.1 试件设计26

3.1.2 材性参数27

3.1.3 加载方式与测点布置28

3.1.4 试验参数29

3.2 试验结果与分析30

3.2.1 破坏模式30

3.2.2 滞回曲线31

3.2.3 钢绞线预应力对节点性能的影响35

3.2.4 摩擦力对节点滞回耗能的影响35

3.2.5 钢绞线力与梁柱相对转角的关系35

3.2.6 预压装配式节点的受力特点37

3.2.7 传统整体浇筑式梁柱节点的滞回特性39

3.2.8 钢套的应力分布40

3.2.9 无螺旋箍构件的滞回特性41

3.3 理论分析和试验结果的比较41

3.4 本章小结43

参考文献44

第4章 自定心混凝土框架梁柱节点的低周反复加载试验（11）45

4.1 节点基本构造45

4.2 试验概况45

4.2.1 试件设计45

4.2.2 加载方式与测点布置48

4.2.3 材料属性参数49

4.2.4 试验参数50

4.3 试验结果与分析50

4.4 本章小结53

参考文献54

第5章 自定心混凝土框架梁柱节点的数值模拟55

5.1 节点的数值分析模型55

5.1.1 梁柱构件的模拟56

5.1.2 节点张开与闭合的模拟59

5.1.3 节点核心区的模拟59

5.1.4 耗能单元的模拟61

5.1.5 预应力及其他荷载的模拟61

5.1.6 预应力钢绞线拉断的模拟62

5.2 试验验证62

5.3 本章小结64

参考文献65

第6章 自定心混凝土框架的低周反复加载试验66

6.1 试验概况66

6.1.1 试件设计66

6.1.2 加载方式与测点布置70

6.1.3 材料属性参数72

6.1.4 试验参数74

6.2 试验结果与分析74

6.2.1 现浇框架与柱底固结自定心框架74

6.2.2 单跨全预应力自定心框架79

6.2.3 双跨全预应力自定心框架88

6.3 本章小结91

参考文献93

第7章 自定心混凝土框架基于性能的抗震设计方法94

7.1 结构的性能水准和极限状态94

7.2 地震动作用水准94

7.3 设计目标95

7.4 性能化设计步骤97

7.5 原型结构设计100

7.6 地震波选取101

7.7 设计方法验证103

7.8 本章小结106

参考文献107

第8章 自定心混凝土框架的振动台试验108

8.1 模型概况108

8.1.1 相似比确定108

8.1.2 模型设计109

8.1.3 模型构件浇筑113

8.1.4 构件安装113

8.2 材料参数118

8.2.1 混凝土118

8.2.2 钢材119

8.3 测试系统119

8.3.1 加速度传感器119

8.3.2 位移传感器120

8.3.3 应变片121

8.3.4 锚索测力计121

8.4 加载方案122

8.4.1 地震波选取122

8.4.2 试验方案122

8.5 试验结果分析125

8.5.1 振动台保真度分析125

8.5.2 试验现象分析126

8.5.3 结构整体响应分析128

8.5.4 滞回性能133

8.5.5 结构局部响应分析133

8.6 本章小结140

参考文献141

第9章 自定心混凝土框架的抗震性能评估142

9.1 框架分析模型142

9.1.1 原型结构142

9.1.2 数值模型143

9.2 非线性静力分析144

9.3 非线性动力时程分析146

9.3.1 结构整体响应146

9.3.2 结构局部响应152

9.4 本章小结155

参考文献156

第10章 自定心混凝土框架的抗震风险评估157

10.1 基于概率的抗震性能评估理论157

10.1.1 结构易损性157

10.1.2 地震危险性158

10.1.3 结构抗震风险158

10.2 增量动力分析159

10.3 结构响应的概率分析160

10.4 结构易损性分析161

10.5 结构抗震风险分析162

10.6 本章小结162

参考文献163

第11章 自定心混凝土框架的长期性能研究164

11.1 自定心混凝土框架的长期性能试验164

11.1.1 试验概况164

11.1.2 试验结果与分析169

11.2 自定心混凝土框架长期性能的数值模拟174

11.2.1 混凝土徐变收缩模型174

11.2.2 应力松弛模型175

11.2.3 预应力混凝土简支梁长期性能试验的数值模拟176

11.2.4 自定心框架长期性能试验的数值模拟177

11.3 自定心混凝土框架的时变抗震性能评估181

11.3.1 自定心混凝土框架设计181

11.3.2 自定心混凝土框架长期性能182

11.3.3 地震动选取183

11.3.4 时变抗震性能评估184

11.4 本章小结185

参考文献186

第二篇 自定心混凝土墙189

第12章 绪论——自定心墙189

12.1 研究背景和意义189

12.2 国内外相关领域的研究发展和现状191

12.2.1 传统钢筋混凝土剪力墙及其改进191

12.2.2 无黏结预应力混凝土墙191

参考文献197

第13章 自定心混凝土墙的理论研究200

13.1 结构的基本构造及工作机理200

13.2 理论分析中的前提假设202

13.3 循环荷载下的弯矩-转角关系202

13.4 摩擦耗能件的力-变形关系203

13.5 结构的临界和极限状态204

13.6 各阶段的受力分析模型205

13.6.1 墙底的消压弯矩205

13.6.2 墙底张开临界状态207

13.6.3 墙底间隙张开（第一根钢绞线尚未屈服）209

13.6.4 卸载阶段（包括墙底闭合临界状态）214

13.6.5 混凝土墙内第一根钢绞线屈服的临界状态215

13.7 本章小结215

参考文献216

第14章 自定心混凝土墙的低周反复加载试验（Ⅰ）217

14.1 试验概况217

14.2 试件设计218

14.2.1 钢筋混凝土墙板218

14.2.2 摩擦耗能件219

14.2.3 钢套219

14.2.4 混凝土墙体面外支撑系统220

14.3 材性参数221

14.4 测点布置221

14.5 试验参数及加载制度222

14.5.1 试验参数222

14.5.2 加载制度224

14.6 试验结果与分析224

14.6.1 拼装顺序对于结构力学行为的影响224

14.6.2 墙体自身弹性刚度对于结构抗侧刚度的影响225

14.6.3 摩擦力对于结构耗能的影响226

14.6.4 预应力对于结构自定心能力及抗侧刚度的影响227

14.6.5 试验中滞回曲线与理论模型的差别228

14.6.6 钢绞线中预应力与墙顶侧移角及墙底转角之间的关系229

14.6.7 侧向荷载作用下的墙体变形231

14.6.8 钢套边缘应力分布232

14.6.9 试验过程中结构的损伤情况234

14.7 理论分析和试验结果的比较235

14.8 本章小结237

参考文献237

第15章 自定心混凝土墙的低周反复加载试验（Ⅱ）238

15.1 试验概况238

15.2 试件设计239

15.2.1 预制混凝土墙面板239

15.2.2 摩擦耗能件239

15.2.3 墙底钢套239

15.3 材料参数241

15.4 测点布置、试验参数及加载制度242

15.4.1 测点布置242

15.4.2 试验参数243

15.4.3 加载制度244

15.5 试验结果与分析245

15.5.1 摩擦力对自定心混凝土墙结构耗能的影响245

15.5.2 预应力对自定心结构抗倾覆能力及残余变形的影响246

15.5.3 预应力与墙底转角的关系248

15.5.4 墙底钢套边缘的应变分布249

15.5.5 侧向荷载下自定心混凝土墙的变形250

15.5.6 自定心混凝土墙的整体变形250

15.5.7 自定心混凝土墙的损伤情况253

15.6 本章小结254

参考文献254

第16章 自定心混凝土墙的数值模拟255

16.1 自定心混凝土墙的数值分析模型255

16.1.1 混凝土墙体的模拟256

16.1.2 两侧钢柱的模拟257

16.1.3 耗能元件（摩擦耗能件）的模拟257

16.1.4 预应力的模拟258

16.1.5 预应力钢绞线拉断的模拟258

16.1.6 试验中各种误差的模拟258

16.2 试验验证260

16.3 本章小结261

参考文献262

第17章 自定心混凝土墙的抗震设计方法263

17.1 结构的基本构造及其工作原理263

17.2 设计中的前提假设264

17.3 自定心抗震墙基于性能的抗震设计265

17.3.1 设计目标265

17.3.2 设计步骤266

17.4 有限元模拟274

17.4.1 模型概况274

17.4.2 模型验证275

17.5 设计实例275

17.6 非线性动力时程分析277

17.6.1 地震动记录选取277

17.6.2 结果分析277

17.7 本章小结280

参考文献280

第18章 自定心混凝土墙的地震易损性研究282

18.1 结构地震易损性分析的基本原理282

18.2 算例分析283

18.2.1 工程概况283

18.2.2 自定心混凝土墙的设计参数285

18.2.3 有限元数值模型286

18.3 地震易损性分析286

18.3.1 地震动记录286

18.3.2 结构地震易损性分析288

18.4 本章小结291

参考文献292

第19章 自定心混凝土墙的生命周期成本研究293

19.1 建设项目的生命周期成本293

19.1.1 生命周期的含义293

19.1.2 生命周期的阶段划分294

19.1.3 生命周期成本的分类294

19.2 生命周期成本分析的基本原理295

19.2.1 生命周期成本分析的必要性295

19.2.2 基于性能的地震工程方法论296

19.2.3 基于地震易损性的生命周期成本297

19.3 基于概率的生命周期成本计算模型297

19.3.1 地震作用下的生命周期成本297

19.3.2 极限状态超越概率298

19.4 算例分析298

19.4.1 建设工程项目概况298

19.4.2 生命周期成本的参数确定299

19.4.3 两种方案的生命周期成本计算分析301

19.5 本章小结304

参考文献305

第20章 自定心混凝土墙的工程应用306

20.1 宿迁某学校综合楼连廊改造工程306

20.1.1 工程简介306

20.1.2 自定心抗震墙307

20.1.3 摩擦耗能件308

20.2 连廊加固后动力特性测试308

20.2.1 测试仪器及设备308

20.2.2 测试结果309

20.3 连廊加固前后的数值模型310

20.4 连廊加固前后的动力时程分析对比311

20.4.1 地震动记录选取311

20.4.2 结果对比312

20.5 连廊加固前后的地震易损性分析对比317

20.6 本章小结323

参考文献323

第三篇 自定心混凝土桥墩327

第21章 绪论——自定心桥墩327

21.1 研究背景和意义327

21.2 国内外相关领域的研究发展和现状328

21.2.1 摇摆式桥墩328

21.2.2 柱底固结预应力桥墩329

21.2.3 干接缝预应力混凝土桥墩330

参考文献335

第22章 自定心混凝土桥墩的理论研究339

22.1 桥墩基本构造和工作机理339

22.2 理论分析中采用的假设341

22.3 循环荷载下桥墩力-位移关系341

22.4 结构的临界状态342

22.5 各阶段受力分析模型（精细模型）343

22.5.1 初始状态加载至消压状态（0点→1点）343

22.5.2 消压后加载至初始卸载点（1点→2点）344

22.5.3 极限位移点（3点）的确定347

22.5.4 卸载至拼接面闭合（2点→4点）347

22.5.5 拼接面闭合至完全卸载（4点→5点）347

22.5.6 循环加载计算流程348

22.6 各阶段受力分析模型（简化模型）348

22.6.1 初始状态加载至消压状态（0点→1点）348

22.6.2 消压后加载至初始卸载点（1点→2点）349

22.6.3 卸载至拼接面闭合（2点→4点）349

22.6.4 拼接面闭合至完全卸载（4点→5点）350

22.6.5 循环加载计算流程350

22.7 混凝土应力应变曲线350

22.8 耗能件轴力351

22.8.1 符号定义（kTEN、kcoM、σy）352

22.8.2 Fj－l＞0，δdj＞0353

22.8.3 Fj－l＞0，δdj＜0354

22.8.4 Fj－l＜0，δdj＞0354

22.8.5 Fj－l＜0，δdj＜0354

22.9 拼接面张开后桥墩的侧向刚度355

22.9.1 割线刚度355

22.9.2 切线刚度357

22.10 本章小结357

参考文献357

第23章 自定心混凝土桥墩的低周反复加载试验359

23.1 试验概况359

23.2 试件制作360

23.2.1 钢筋混凝土墩柱360

23.2.2 耗能件361

23.3 材性参数362

23.4 测点布置363

23.5 试验参数及加载制度364

23.5.1 试验参数364

23.5.2 加载制度365

23.6 试验结果与分析365

23.6.1 初始预应力大小对结构的影响365

23.6.2 耗能件构造对试验结果的影响366

23.6.3 预应力筋刚度对结构的影响367

23.6.4 GFRP套筒对结构的影响368

23.6.5 RC试件的试验结果369

23.6.6 BFRP筋的力与桥墩位移的关系369

23.6.7 柱底接触长度和底部转角的关系370

23.6.8 GFRP套筒边缘应力分布371

23.7 理论分析和试验结果比较372

23.8 本章小结374

参考文献375

第24章 自定心混凝土桥墩的数值模拟376

24.1 自定心混凝土桥墩的数值分析模型376

24.1.1 混凝土墩柱的模拟377

24.1.2 耗能件（铝棒）模拟380

24.1.3 预应力的模拟381

24.1.4 试验中的误差模拟382

24.2 与试验结果对比382

24.3 本章小结385

参考文献386

第25章 自定心混凝土桥墩的地震易损性研究387

25.1 结构易损性387

25.2 桥墩数值模型388

25.3 抗震能力分析389

25.4 增量动力分析390

25.5 本章小结393

参考文献393