預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)小比例模型設(shè)計(jì)方法探討

任祥香 盧文勝

1 引 言

目前，國內(nèi)外振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)的一般過程為[1-3]：根據(jù)相似關(guān)系設(shè)計(jì)并制作與原型結(jié)構(gòu)相似的模型結(jié)構(gòu)；對(duì)模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)；將模型結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和動(dòng)力反應(yīng)通過相似關(guān)系反推到原型；最后對(duì)原型結(jié)構(gòu)的抗震性能進(jìn)行評(píng)價(jià)?？梢?，相似關(guān)系的正確性是確保試驗(yàn)有效性的關(guān)鍵，只有在保證相似關(guān)系正確的前提下，模型試驗(yàn)研究才是有意義的。

理論上，當(dāng)影響結(jié)構(gòu)性能的各因素均能滿足經(jīng)典相似理論的要求時(shí)，原型結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和動(dòng)力反應(yīng)可以通過模型結(jié)構(gòu)來準(zhǔn)確模擬。但在小比例結(jié)構(gòu)模型相似設(shè)計(jì)時(shí)，由于受振動(dòng)臺(tái)性能、材料的力學(xué)性能等方面的制約，傳統(tǒng)相似關(guān)系的嚴(yán)格要求與現(xiàn)有的試驗(yàn)及相關(guān)技術(shù)能力具有嚴(yán)重的不可調(diào)和性。為此，國內(nèi)外研究者著力于研究一些實(shí)用相似方法，在長期的研究過程中得出一些適用于限制條件下的相似試驗(yàn)方法并在模型試驗(yàn)中得到廣泛的應(yīng)用[3-6]。

然而，對(duì)于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)而言，小比例模型相似設(shè)計(jì)方法依然匱乏，現(xiàn)有的相似方法試驗(yàn)?zāi)M的效果還不是很理想。雖然近年來也不乏預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)地震模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)的研究工作[7,8]，但這些試驗(yàn)研究多是針對(duì)整體結(jié)構(gòu)性能開展的，很大程度上忽略了預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件的相似要求。因此，預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的相似關(guān)系需要進(jìn)一步的研究。

2 結(jié)構(gòu)模型相似關(guān)系

結(jié)構(gòu)模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)中的相似關(guān)系可從材料、構(gòu)件和整體結(jié)構(gòu)三個(gè)層面上進(jìn)行討論。

2.1 基于材料層面的相似關(guān)系

基于材料層面的相似關(guān)系從構(gòu)成結(jié)構(gòu)的材料出發(fā)，依據(jù)材料的物理力學(xué)性能參數(shù)，運(yùn)用量綱分析法或方程式分析法進(jìn)行模型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)并用于模型試驗(yàn)。其一般方法為：基于材料彈性模量相似常數(shù)SE、幾何相似常數(shù)SL和密度相似常數(shù)Sρ，通過量綱分析法推導(dǎo)出其他物理量的相似常數(shù)進(jìn)行相似設(shè)計(jì)。理論上，這種由材料特性相似保證整體結(jié)構(gòu)相似的方法能夠滿足結(jié)構(gòu)模型彈性階段的相似要求，但在實(shí)際操作中具有相當(dāng)?shù)碾y度[9]。

2.2 基于構(gòu)件層面的相似關(guān)系

基于構(gòu)件層面的相似關(guān)系[4]從構(gòu)件變形和承載能力分析的角度上，強(qiáng)調(diào)構(gòu)件力學(xué)性能的相似。可控相似常數(shù)選用幾何相似常數(shù)SL、變形相似常數(shù)Sd、構(gòu)件控制截面承載力相似常數(shù)SM、加速度相似常數(shù)Sa及重力加速度相似常數(shù)Sg，并通過這5個(gè)基本量綱根據(jù)似量綱分析方法確定其他相似常數(shù)。該方法能夠保證構(gòu)件在彈性階段的相似性，而當(dāng)構(gòu)件進(jìn)入彈塑性階段，結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)力和變形發(fā)生重分布時(shí)，要同時(shí)滿足承載能力和剛度的相似性則需要把握構(gòu)件關(guān)鍵截面非線性性能。

2.3 基于結(jié)構(gòu)層面的相似關(guān)系

基于結(jié)構(gòu)層面的相似關(guān)系強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和動(dòng)力反應(yīng)的相似。在進(jìn)行模型設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合試驗(yàn)?zāi)康?，直接控制結(jié)構(gòu)參數(shù)來把握模型與原型動(dòng)力特性和動(dòng)力反應(yīng)的相似。其中，動(dòng)力特性主要涉及結(jié)構(gòu)的自振頻率、質(zhì)量和阻尼；動(dòng)力反應(yīng)主要涉及結(jié)構(gòu)的彈塑性變形、位移角、剪重比和加速度反應(yīng)等。

在把握構(gòu)件層面相似關(guān)系的基礎(chǔ)上，這種直接由結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性和動(dòng)力反應(yīng)的相似保證結(jié)構(gòu)相似的方法可以保證結(jié)構(gòu)在彈性階段和彈塑性階段的相似。

3 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相似關(guān)系探討

預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)模型模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)應(yīng)實(shí)現(xiàn)整體結(jié)構(gòu)與模型結(jié)構(gòu)特性和動(dòng)力反應(yīng)的相似，并在此基礎(chǔ)上確保預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的相似。

3.1 整體結(jié)構(gòu)相似關(guān)系表達(dá)

基于結(jié)構(gòu)層面的相似關(guān)系可控相似常數(shù)一般可選用幾何相似常數(shù)SL、剛度相似常數(shù)SK、質(zhì)量相似常數(shù)Sm、彈性模量相似常數(shù)SE和力相似常數(shù)SF。在靜力試驗(yàn)中SL，SK和SE可以確定其余相似常數(shù)；在動(dòng)力試驗(yàn)中確定重力加速度相似常數(shù)后，根據(jù)SL，SK，Sm和SE可以確定其余相似常數(shù)。根據(jù)具體試驗(yàn)參數(shù)的獲取方法不同，可將SK或Sm轉(zhuǎn)化為動(dòng)力特性相似常數(shù)St?；诮Y(jié)構(gòu)效應(yīng)的模型試驗(yàn)相似關(guān)系可以表達(dá)如表1所示。

表1基于結(jié)構(gòu)效應(yīng)的模型試驗(yàn)相似關(guān)系

Table1Generalformsofsimilarityrelationsbasedonstructuraleffects

參數(shù)物理量相似關(guān)系表達(dá)式備注結(jié)構(gòu)幾何L抗彎剛度k質(zhì)量m變形f力F彎矩MSLSKSmSfSFSM控制參數(shù)導(dǎo)出參數(shù)動(dòng)力參數(shù)重力加速度g加速度a時(shí)間tSg=1Sa=SFSmSt=SmSK 0.5控制參數(shù)導(dǎo)出參數(shù)材料等效彈性模量E等效應(yīng)力σ等效質(zhì)量密度ρSE=SKSLSσ=SFS2LSρ=SmS3L導(dǎo)出參數(shù)

3.2 預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)相似關(guān)系

基于結(jié)構(gòu)效應(yīng)的相似關(guān)系需要根據(jù)不同的試驗(yàn)對(duì)象及試驗(yàn)?zāi)康木唧w分析，以選取合理參數(shù)進(jìn)行相似設(shè)計(jì)。針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)模型，本文提出基于“預(yù)應(yīng)力作用效應(yīng)”相似的設(shè)計(jì)方法，即控制結(jié)構(gòu)參數(shù)，在保證模型和原型結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力構(gòu)件荷載—位移關(guān)系曲線相似的基礎(chǔ)上，進(jìn)行材料選擇和截面參數(shù)的確定。

該相似方法主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一個(gè)是荷載—位移關(guān)系曲線是預(yù)應(yīng)力構(gòu)件剛度性能變化的重要反映，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件中預(yù)應(yīng)力的損失、裂縫的產(chǎn)生等原因?qū)е碌膭偠认陆刀紝Ⅲw現(xiàn)在位移反應(yīng)上；另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是荷載—位移關(guān)系曲線的相似不僅可以保證彈性階段的相似，還可以保證部分構(gòu)件屈服進(jìn)入彈塑性階段后的相似。

4 基于“預(yù)應(yīng)力作用效應(yīng)”的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件相似設(shè)計(jì)方法

本文采用現(xiàn)行規(guī)范中的剛度模型，分兩階段對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁進(jìn)行撓度相似分析。

4.1 未開裂階段相似關(guān)系

未開裂狀態(tài)下的預(yù)應(yīng)力混凝土截面剛度降低系數(shù)取為0.85。預(yù)應(yīng)力梁在集中力F作用下的撓度為

(1)

同樣，對(duì)模型結(jié)構(gòu)有：

(2)

根據(jù)式(1)、式(2)，可推導(dǎo)出撓度相似常數(shù)為

(3)

可得：

SEc=SF·SL-1·Sf-1

(4)

式中 上標(biāo)為p代表原型，上標(biāo)為m代表模型；

S——撓度計(jì)算公式系數(shù)；

F——施加在梁上的集中力；

L——預(yù)應(yīng)力梁長度；

Bs——預(yù)應(yīng)力梁的等效抗彎剛度；

Ec——混凝土彈性模量；

I0——預(yù)應(yīng)力梁截面慣性矩。

4.2 開裂階段相似關(guān)系

預(yù)應(yīng)力梁受拉區(qū)混凝土開裂后，引入折減系數(shù)μ來考慮混凝土開裂對(duì)梁剛度的影響，則：

Bs=μ0.85EcI0

(5)

(6)

(7)

Mcr=(σpc+γftk)W0

(8)

式中Bs——預(yù)應(yīng)力梁的等效抗彎剛度；

Ec——混凝土彈性模量；

kcr——預(yù)應(yīng)力梁截面的開裂彎矩Mcr與外荷載F產(chǎn)生的彎矩Mk比值；

αE——鋼筋彈性模量與混凝土彈性模量的比值；

ρ——縱向受拉鋼筋的配筋率；

γf——受拉翼緣面積與腹板有效面積的比值；

σpc——扣除全部預(yù)應(yīng)力損失后在抗裂驗(yàn)算邊緣的混凝土預(yù)壓應(yīng)力；

γ——混凝土構(gòu)件的截面抵抗矩塑性影響系數(shù)；

ftk——混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

由以上公式可以看出，受拉區(qū)混凝土開裂后的剛度相似關(guān)系應(yīng)該在滿足開裂前的相似關(guān)系的基礎(chǔ)上，保證折減系數(shù)μ的相同。則由式(5)—式(8)可推得：

(9)

式中A——預(yù)應(yīng)力梁的截面面積；

Ap——預(yù)應(yīng)力鋼筋面積。

化簡式(9)可得：

(10)

綜上所述，設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力混凝土梁模型結(jié)構(gòu)時(shí)，如果預(yù)應(yīng)力鋼筋設(shè)計(jì)滿足相似準(zhǔn)則(4)、(10)，則該模型與原型的預(yù)應(yīng)力“結(jié)構(gòu)效應(yīng)”相似。

對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，基于結(jié)構(gòu)層面的相似關(guān)系更為合理。一方面，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)由混凝土、鋼材等多種材料組成，由于各種材料相似性的不協(xié)調(diào)，實(shí)際模型中基于不同材料的相似關(guān)系可能不同，即一個(gè)模型中存在多個(gè)材料相似關(guān)系，但基于結(jié)構(gòu)層面的宏觀反應(yīng)的相似關(guān)系只有一個(gè)。另一方面，振動(dòng)臺(tái)模型試驗(yàn)大多是針對(duì)整體結(jié)構(gòu)，隨著試驗(yàn)對(duì)象體量的增大，縮尺比例也越來越小，加上預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)受力機(jī)制較為復(fù)雜，基于材料層面的傳統(tǒng)相似關(guān)系更加難以應(yīng)用。

4.3 預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相似關(guān)系表達(dá)

運(yùn)用量綱分析法，基于“預(yù)應(yīng)力作用效應(yīng)”相似關(guān)系可以補(bǔ)充如表2所示。

表2預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)相似關(guān)系表達(dá)式

Table2Generalformsofsimilarityrelationsofprestressedstructures

構(gòu)件物理量相似關(guān)系表達(dá)式備注預(yù)應(yīng)力構(gòu)件混凝土等效彈性模量Ec非預(yù)應(yīng)力鋼筋等效彈性模量Es非預(yù)應(yīng)力鋼筋面積As預(yù)應(yīng)力鋼筋等效彈性模量Ep預(yù)應(yīng)力鋼筋面積Ap預(yù)應(yīng)力筋布筋位置Lp預(yù)應(yīng)力筋張拉控制力NconSEc=SKSLSEsSAs=SF·SL·S-1fSEsSEpSAp=SF·SL·S-1fSEpSLp=SLSNcon=SF導(dǎo)出參數(shù)控制參數(shù)導(dǎo)出參數(shù)控制參數(shù)導(dǎo)出參數(shù)整體結(jié)構(gòu)、動(dòng)力參數(shù)相似關(guān)系*

注：整體結(jié)構(gòu)、動(dòng)力參數(shù)相似關(guān)系參見表1。

5 大跨預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)小比例模型設(shè)計(jì)實(shí)例

5.1 工程概況

某文化藝術(shù)中心主樓為框架-剪力墻混凝土結(jié)構(gòu)體系。如圖1和圖2所示，結(jié)構(gòu)總高度為45.9 m，標(biāo)高23.2 m處至屋頂層為一端懸挑的三向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。其中，典型樓層沿懸挑方向布置12根預(yù)應(yīng)力大梁，懸挑長度為9.35～17.54 m。該建筑位于7度抗震設(shè)防區(qū)。

圖1 典型樓層預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)平面布置圖Fig.1 Typical layout of the prestressed elements

圖2 建筑剖面圖Fig.2 Structural configuration profile

為研究結(jié)構(gòu)在不同水準(zhǔn)地震作用下的整體抗震性能，考察可能存在的薄弱部位，對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。

5.2 相似模型設(shè)計(jì)

該工程對(duì)懸挑部分施加預(yù)應(yīng)力的主要目的在于提高構(gòu)件的抗裂性、延緩裂縫的開展并減小裂縫寬度。預(yù)應(yīng)力效應(yīng)在結(jié)構(gòu)層面上表現(xiàn)為減小該懸挑部分在豎向荷載作用下的位移。因此，在進(jìn)行模型設(shè)計(jì)時(shí)，可將懸挑端的位移作為衡量結(jié)構(gòu)效應(yīng)的參數(shù)，并保證模型與原型之間的結(jié)構(gòu)響應(yīng)(位移)的相似。因此，先選擇該結(jié)構(gòu)J-2軸線與J-3軸線間的一根預(yù)應(yīng)力混凝土懸挑梁(圖3)為設(shè)計(jì)對(duì)象，對(duì)該相似設(shè)計(jì)方法進(jìn)行驗(yàn)證。

5.2.1原型預(yù)應(yīng)力混凝土梁

結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C50；預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用低松弛鋼絞線，規(guī)格為φ5×7；非預(yù)應(yīng)力鋼筋采用HRB400級(jí)鋼，材料參數(shù)如表3所示。預(yù)應(yīng)力張拉采用應(yīng)力-應(yīng)變雙控，控制應(yīng)力為0.75fptk。具體參數(shù)如表3所示。

計(jì)算得該梁的開裂彎矩585.7 kN·m,極限彎矩Mu為1 463.3 kN·m。在梁端部施加集中力F，F(xiàn)從零逐步增加直至梁破壞過程中，力與梁端位移的關(guān)系曲線如圖4所示。

5.2.2相似設(shè)計(jì)

為確保該預(yù)應(yīng)力大懸挑混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)模擬地震振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)順利進(jìn)行，綜合考慮原型結(jié)構(gòu)和試驗(yàn)室條件，采用縮尺比例為1/30的模型進(jìn)行模擬地震作用下的動(dòng)力試驗(yàn)。

圖3 預(yù)應(yīng)力懸挑梁示意圖(單位：mm)Fig.3 Schematic diagram of the prestressed cantilever beam (Unit: mm)

表3預(yù)應(yīng)力梁材料力學(xué)性能指標(biāo)及參數(shù)
Table3Materialsmechanicalperformanceindexoftheprestressedbeam

混凝土預(yù)應(yīng)力鋼絞線fc/MPaftk/MPaEc/MPafptk/MPafpy/MPa-23.12.643.45×1041 8601 320-預(yù)應(yīng)力鋼絞線非預(yù)應(yīng)力鋼筋Ep/MPaAp/mm2fy/MPaAs/mm2Es/MPaAs'/mm21.95×1054 35536014 4762.00×10512 867

圖4 預(yù)應(yīng)力懸臂梁力—位移關(guān)系曲線Fig.4 Load-displacement curves of the prestressed cantilever beam

模型用微粒混凝土制作。微?；炷潦且环N模型混凝土，它是由細(xì)骨料、水泥和水組成的專門用于結(jié)構(gòu)模型試驗(yàn)的材料。一般采用2.5～5.0 mm的粗砂代替普通混凝土中的粗骨料礫石；用0.15～2.5 mm的細(xì)砂代替普通混凝土中的細(xì)骨料礫石，并按一定級(jí)配和水灰比組成。通過調(diào)整配合比控制微?；炷翉椥阅Ａ颗c原型混凝土彈性模量相似比為0.2。在模型制作過程中同時(shí)澆筑規(guī)定數(shù)量的砂漿立方體試塊和棱柱體試塊以測定微?；炷敛牧系膹?qiáng)度和彈性模量。

模型鋼筋采用回火鍍鋅鐵絲；預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用玻璃纖維筋(GFRP)模擬；非預(yù)應(yīng)力鋼筋采用HRB400級(jí)鋼筋?？刂平Y(jié)構(gòu)參數(shù)保證梁端力—位移關(guān)系曲線相似，從而達(dá)到模型結(jié)構(gòu)與原型結(jié)構(gòu)的“預(yù)應(yīng)力效應(yīng)”相似，具體相似常數(shù)如表4所示。

表4模型和原型相似常數(shù)

Table4Similarityrelationbetweenthemodelandtheprototype

相似常數(shù)SLSKSmSfSFSMSgSa1/301/1501/9 0001/301/4 5001/135 00012相似常數(shù)StSEcSEpSEsSAρSAsSLpSNcom1.4140.2000.1500.1501/6751/4 5001/301/4 500

根據(jù)表2所示的相似關(guān)系進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完成后模型的尺寸及預(yù)應(yīng)力筋的布置位置如圖5所示；模型材料及相關(guān)配筋面積如表5所示。

圖5 預(yù)應(yīng)力懸挑梁模型示意圖(單位:mm)Fig.5 Material parameters and the reinforcement area of the model beam (Unit: mm)

表5模型材料參數(shù)及配筋面積

Table5Materialparametersandareaofthereinforcementofthemodelbeam

微?；炷粱炷罣FRPfc/MPaftk/MPaEc/MPafptk/MPaσef/MPaEp/MPaAp/mm24.620.530.69×104900207.73.00×1046.50非預(yù)應(yīng)力鋼筋fy/MPaEs/MPaAs/mm2As'/mm22802.00×1053.202.56

5.2.3模型結(jié)構(gòu)計(jì)算分析

根據(jù)現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力纖維聚合物混凝土結(jié)構(gòu)的研究成果[10]，計(jì)算GFRP預(yù)應(yīng)力混凝土懸臂梁模型的撓度。梁的剛度采用雙直線法。未開裂狀態(tài)下剛度降低系數(shù)仍采用0.85；受拉區(qū)混凝土開裂后的截面剛度：

(11a)

(11b)

(12)

式中Bs——模型梁的等效抗彎剛度；

Ec——微?；炷翉椥阅Ａ?；

kcr——模型梁截面的開裂彎矩Mcr與集中力F產(chǎn)生彎矩Mk的比值；

αE——鋼筋彈性模量與微粒混凝土彈性模量的比值；

ρ——縱向受拉鋼筋的配筋率；

λ——預(yù)應(yīng)力度；

σpc——預(yù)應(yīng)力筋在受拉區(qū)邊緣混凝土產(chǎn)生的有效預(yù)壓應(yīng)力；

σsc——短期荷載在混凝土邊緣產(chǎn)生的拉應(yīng)力。

(13)

(14)

SM——模型結(jié)構(gòu)與原型結(jié)構(gòu)彎矩相似常數(shù)，見表4。

δ1和δ2隨著截面的不同而變化，其對(duì)應(yīng)原型構(gòu)件各截面的分布規(guī)律如圖6所示，其中x為截面與固定端的距離。

圖6 模型和原型間誤差分布Fig.6 Distribution of errors between the model and the prototype

同樣，模型結(jié)構(gòu)的力-位移關(guān)系曲線可通過表2中的相似關(guān)系反推，得到一條模型結(jié)構(gòu)的推算曲線。將推算曲線與4.2.1節(jié)中原型結(jié)構(gòu)的力—位移計(jì)算曲線相比較，如圖7所示。

圖7 模型反推原型的彎矩—位移關(guān)系曲線Fig.7 Load-displacement curve of the prototype

分析上述計(jì)算結(jié)果可知：

(1)不同截面處模型的開裂彎矩和極限彎矩與原型結(jié)構(gòu)誤差保證在20%以內(nèi)，具有較好的相似性。

(2)相對(duì)于原型結(jié)構(gòu)，模型受拉區(qū)混凝土開裂和截面破壞均較晚。

(3)在混凝土未開裂階段和開裂階段，模型的力-位移關(guān)系曲線與原型誤差均保持在15%以內(nèi)，較為吻合。

(4)預(yù)應(yīng)力梁進(jìn)入開裂后，在相同力作用下，模型推算出的撓度要小于原型。在對(duì)原型結(jié)構(gòu)進(jìn)行性能評(píng)定時(shí)要充分考慮這方面的因素。

可見，基于“預(yù)應(yīng)力效應(yīng)”相似的設(shè)計(jì)方法是有效的，且在模型中采用玻璃纖維增強(qiáng)聚合物替代原型中的預(yù)應(yīng)力鋼絞線是可行的。

5.3 大跨預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)1/30模型設(shè)計(jì)

依據(jù)表4中的相似常數(shù)，對(duì)該大懸挑預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行1/30的縮尺模型設(shè)計(jì)。在模型設(shè)計(jì)時(shí)盡可能滿足模型與真實(shí)結(jié)構(gòu)幾何特性、構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造、荷載分布等方面的相似規(guī)律。然而，必要時(shí)要根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算分析，在確保正確模擬主體結(jié)構(gòu)性能的前提下，對(duì)主體結(jié)構(gòu)作一定的簡化設(shè)計(jì)，如簡化不規(guī)則的洞口、次梁及次要樓層等。據(jù)此制作完成的模型結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 模型全景Fig.8 Model view

6 結(jié) 論

本文在總結(jié)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)模型相似設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，提出了基于“預(yù)應(yīng)力效應(yīng)”相似的設(shè)計(jì)方法。采用該方法設(shè)計(jì)了某預(yù)應(yīng)力混凝土框架-剪力墻結(jié)構(gòu)1/30的縮尺模型，并通過實(shí)例對(duì)該方法進(jìn)行驗(yàn)證。

(1) 控制模型結(jié)構(gòu)與原型結(jié)構(gòu)力—位移關(guān)系曲線相似，推導(dǎo)出實(shí)際操作中便于實(shí)現(xiàn)的預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的相似準(zhǔn)則，并通過實(shí)例說明其具體應(yīng)用。

(2) 不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，首次提出在模型中采用玻璃纖維筋(GFRP)模擬原型結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

(3) 計(jì)算結(jié)果表明，該方法設(shè)計(jì)的模型梁與原型梁的開裂彎矩及極限彎矩的誤差在20%以內(nèi)；混凝土進(jìn)入開裂階段后，梁的力—位移關(guān)系誤差保證在15%以內(nèi)，保證了較好的相似性。

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