地震的研究以及对预制混凝土建筑物的设计 外文翻译.docx

对一个半完工的双层预制混凝土结构物的抗震测试RODRIGUEZMarioE,B1ANDONJohnJ.PCIjourna1,ISSN0887-9672,2005,vo1.50,no1,pp.94-11421page(s)(artic1e)(14ref.),InstituteofEngineeringNationa1UniversityofMexico,MexicoCity,MEXIQUE摘要此论文讲述了关于对地震的研究以及对预制混凝土建筑物的设计。在墨西哥城，对一个纳入双系统的半规模两层预制混凝土建筑和一个停车的代表性的构筑物进行了调查。在实验室里用模拟地震荷载测试，这个结构物测试的结果没有成功。在一些梁与柱的接头处，粱底部的纵筋由于尺寸的限制而不能屈服。这项研究所强调的是提高所测试结构物的可观察的综合性能。这种现象表明，所测试结构物的墙控制传力途径，而且能显著地减少预制结构所要求的侧向变形。源自于此项研究的预制混凝土结构抗震设计标准和规范细节亦被讨论过了。此项研究的最终结果是，这项研究能更好地了解这种类型的建筑物的已知的性能。关键词：结构失效；结构分析；延性；混凝土结构；预制构件；墨西哥导言此论文讲述了关于对地震的研究以及对预制混凝土建筑物的设计。在墨西哥图1城，对一个纳入双系统的半规模两层预制混凝土建筑和一个停车的代表性的构筑物进行了调查。在实验室里用模拟地震荷载测试，这个结构物测的试结果没有成功。在一些梁与柱的接头处，粱底部的纵筋由于尺寸的限制而不能屈服。这项研究所强调的是提高所测试结构物的可观察的综合性能。这种现象表明，所测试结构物的墙控制传力途径，而且能显著地减少预制结构所要求的侧向变形。源自于此项研究的预制混凝土结构抗震设计标准和规范细节亦被讨论过了。此项研究的最终结果是，这项研究能更好地了解这种类型的建筑物的已知的性能。图2本文描述的结果是在墨西哥的，一个由预制混凝土构件建成两层的预制混凝土建筑物上加上模拟的地震荷载。在测试结构物中所选择的结构系统即是所谓的双重类型，其定义就是构造墙的结合点以及梁-柱框架。测试结构物中预制梁柱之间的结合是窗型的。这种类型的建设显著地用在低的或中等高建筑物中，在这种建筑中在每一楼层中柱子和窗子连在一起。这些“窗”包含顶部和底部的钢筋。图1所示的是在墨西哥市中的这种类型的一个商业建筑物。大多数的预制混凝土结构如图1中所示，纵梁底部的钢筋不能完全屈服。这是由于在梁-柱接头中柱的尺寸限制所造成的。为了尽力克服这种缺陷，正如在后文所描述的，在墨西哥一些工程师尝试着这样设计这些接头，那就是通过用箍筋圈住这些钢筋，这样做是为了达到所要求的连续性。然而，这种尝试并没有包括在ACI建筑规范和MCBC中。这些研究的一部分也是为了阐述这个观点。图3这项研究的目的是为了提高在实验室里的预制混凝土结构屋的可观察的性能以及为利用预制构件或预制结构建议了一个可接受的期望的抗震性能以及从建设能力的观点所得出的有吸引力的特征。这篇文章中强调的所测试结构物中预制构件间的连接处的可观察的性能以及预制楼层系统的性能将会详细讲述。在过去的地震中，在建筑物中造成的可观察的构造和非构造的破坏显示了通过控制结构的侧向位移，来降低由地震造成的建筑物的破坏的重要性。在这里还要提到的是，在中等程度的地震中有一些情况下非结构构件的破坏相当大，尽管构造构件只有一点破坏或根本就没有破坏。这种性能和结构物中所要求的过多的侧向位移有关。为了减少地震所造成的破坏，以上的讨论建议了在结构物中可以方便地使用能控制恻向位移的构造系统。这种类型的解决方法就是所谓的双重系统。Pau1ay和Priest1y的关于双重系统的地震反映的研究表明了墙的出现降低了框架微系统中结构构件的动力要求。同时，在一个现浇的钢筋混凝土双重系统上所做的摇摆测试显示了双重系统能够达到良好的抗震性能的潜力。在这次调查研究中，双重系统应用在预制混凝土构件上。图4双重系统的柔性要求为了使这个工程所研究的被测试结构物的能观测到的抗震反应的以后的分析打好基础，一个简单的分析模式被用来提高双重系统中主要柔性特征要求。PartofteststructureConcretecompressiveCyfinderstrength,MPa(ksi)Co1umns37.7(5.46)Wa11s30.0(4.34)Tccbeam38.7(5.60)Transvcreebeams36.7(5.32)Doub1etec343(4.97)Foundation37.7(5.46)Toppings1ab,1eve1131.3(4.53)Toppings1ab.1eve1235.0(5.07)图2所示的是一个简单的分析作用在双重系统侧向荷载反映的结果。侧向荷载从这种方式标准化，将任一系统中最大的侧向抵抗力联合起来。比如，墙和框架导致综合系统的侧向抵抗力。假设任一微系统的总的位移量为4和2o在第二种情况下，框架系统假设为弹性，墙微系统的刚度为框架微系统的4倍。图2所示，联合系统的侧向变形兼容性由墙微系统的侧向变形量控制，在第一种情况下，假设双重系统的总侧向反应有一个塑料封套，相应的位移系数是3.3在第二种情况下，框架微系统在弹性力下，起位移系数是2.5。图6这些简单的例子说明，在以上分析的情况下，由于在双重系统中框架微系统与墙微系统相比弹性大的多，框架微系统柔性要求更小比墙微系统的该项要求有价值。这项分析结果在被测试的结构物上所做的研究被证实了，这个证明在这篇文章的后面会讨论。有趣的是图2所示的类型的结果，Bertero在一个摇摆测试的双重系统中也发现了。图7描述测试结构物在这次调查中所用到的被测试结构物是一个两层的预制混凝土建筑，是一个位于墨西哥市的频繁地震发生地带的有代表性的低层的停车构筑物。原型还未完工，为了简单起见，一个停车场结构物所需的扶梯在所选的结构物中没有考虑。如果考虑的话，将占有楼层系统的大面积空间，为了进行结构物的线性或非线性分析，将需要一个非常复杂的楼层系统模型。关于所测试结构物的详细的尺寸，材料，设计步骤和建设描述到处都可以发现，下面给出了这些信息的一个总结。所测试结构物的尺寸和一些特征如图3所示，其纵向以及相反方位如图3所示，同时，外部框架包含墙被定义为侧向框架，内部框架和单个T梁被定义为中间框架。纵向的两个T梁由相反方向的1型预制梁支撑如图3所示，该结构物用预制框架和预制构造墙组成，后面构件的功能是作为主要的侧向荷载抵抗系统，图4所示的是所测试结构物建设的早期阶段。我们可以看到，在柱和墙上留下了一些窗，是为了以后的预制梁的装配。,biSc<tbnX墨西哥城市建筑规范所要求的设计基础剪力为O.2Wt,Wt是模型结构物的总重，假设横载为5.15Kpa,活载为0.2Kpa,模型结构物是按弹性分析的步骤设计的，比例是按照MCBC要求来的，结构物中构件总的惯性都考虑了，结构物中除了中间框架的梁（会在以后介绍）以外的所有梁都考虑了刚度补偿。图9这些分析的结果表明测试结构物中的构造墙将承受65%的设计侧向荷载，一个用MCBC步骤考虑的结构物的名义上的侧向抵抗显示这个抵抗力是规范规定的侧向抵抗的13倍。这只是使结构无承载过度的因素中的其中之一，其它的以后会讨论。测试结构物的所有构件的纵筋都是从420级钢筋开始破坏的，表一是模型结构物中不同构件的混凝土压柱强度。图5显示了预制梁在跨越侧边方向的荷载时的典型增强细节。图6,7分别是柱，构造墙和基础的钢筋详细情况，应提到的是，测试结构物是按MCBC要求设计的适度柔性结构物。由于这些规定，测试结构物不需要ACI318-02第21章所要求的有边界部件的特殊的构造墙。1oadnumber图11预制的两层柱是通过埋置在一个插座连接处与预制基础相连接的基础的配筋情况以及设计步骤和性能在相应的文章中讨论。测试结构物的梁-柱接头是现浇的，为了能安置框架梁中的纵向钢筋。梁顶部钢筋是按in-situ分布在预制梁的顶部.图8所示的是中间框架中双T接头的配筋情况。因为这些T支座和支撑他们的1型梁在轴A,C上深度相同（见图3）,在双T座底部的钢筋不能穿过整个柱深,因为其被相反方向的底部钢筋打断了。1oadnumbere:HOfiZon21crackingatfixedendsofwa1sj: Diagona1crackingatfixedendsofwaHsk: Crackingintiewa11-toppings1abjointl: Fniyie1dinginwai1sq:Firstyie1dinginIumnsand1ongitudmaibeamsnr1ossofncretevermwai1:BuddingofIOngi1Udna1reinforcementinwai1ofMs3,southfaceo: Buck1ingof1ongitudina1reinforcementinwai1ataxis1p: Buck1ingofIongttudma1reinforcementinwai1ofaxis3,northface图12所以，这些带钩的钢筋只有ACI318-02第21章所要求的55%的发展长度。为了能锚固住这些带钩钢筋,在墨西哥的一些设计师沿着钩用封闭的箍筋箍住,如图8所示,这种方法的有效性在相应的文章中会研究。测试结构物的侧向框架中的梁-柱接头中有相反方向的梁比纵梁还要深。这使的纵梁中顶部,底部的钢筋能穿过整个接头,所以这些钢筋能达到所需要的发展长度。测试结构物中顶部的现浇的板层有30mm厚,也形成了结构系统的图表。WWR被用作顶部的板层的钢筋,顶部板层中WWR的数量由MCBC中温度和收缩要求控制,这与ACI318-02中的控制要求相似。有趣的是，由这些规范所给的图表中的抗剪强度要求与ACI318-89的要求相似,不控制设计,钢筋尺寸是6x6英寸，10/10导致在顶层的钢筋增强比率为0.002,WWR的测试屈服和破坏强度分别是400和720MPao测试程序以及测试设备测试程序测试结构物在纵向加上了模拟的地震荷载（见图3a）,周期的侧向荷载F1,F2分别加在结构物的第一第二高度上,F2与F1的比率代表的是转变的三角分布荷载。这种比率与MCBC中大多数抗震规范的假定一致。测试装置如图9所示，结构物在每个厚板高度处有合页A、B、C如图9所示,装合页的目的是通过在侧向荷载测试时允许厚板的尾部自由转动来避免结构物的不真实的抵制，从图9中可以看到侧向荷载是通过水力发动机在拉压方向施加。当发动机工作在压力方向时，它直接在结构物的一边施加荷载。但是当发动机在结构物的一边施加拉力时，会通过4个高强的预应力钢筋在每一边转变为压力，这些钢筋的两端焊在50mm的厚钢板上，在每一楼层高度处，这些钢板中的两个是合页A的一部分，在发动机一边的另两个钢板是合页B的一部分（见图9b）。如图9b所示，在用发动机施加拉力之前，钢板的尾部留下了放置厚板端部的空间。在侧向荷载为0处该空间大约为50mm,当梁中的塑料合页形成时，该空间就允许了梁的延长，在这种发动机作用在合页B上一边的相反方向的梁上产生压力的情况下（见图9b）,系统也允许50mm的梁的延长。测试装置的这些特殊的特点允许在厚板上的一些点上有压力而在这些点上不需特别加强。如果拉力已加在厚板上的荷载点上，那么很有可能的是这些荷载将需非真实的特殊的加强，而在真实的结构上不需要。图14重力荷载是结构物中分布的53个钢板的重力。如图9a所示，每一单元的每一高度出的钢板重力的是2.79kPa(58.3psf),且加上了厚板的重力，使楼层的横载为5.