低性能RC結(jié)構(gòu)倒塌安全儲備與FRP抗震加固.pdf

1、近年來在全世界范圍內(nèi)頻繁發(fā)生強烈地震，地震的發(fā)生對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴重破壞，造成嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。而我國又是一個地震多發(fā)國家，在城市中大量的RC框架結(jié)構(gòu)是地震作用時主要的承災(zāi)體，其中對于采用1970年以前舊規(guī)范設(shè)計的低延性RC結(jié)構(gòu)和處于沿海地帶氯鹽侵蝕環(huán)境下的銹蝕RC結(jié)構(gòu)這類低性能RC結(jié)構(gòu)由于缺乏足夠的延性和耗能能力更易在強震作用時發(fā)生嚴重破壞甚至倒塌，因此對此類結(jié)構(gòu)的抗震加固迫在眉睫以提高其抗震能力。纖維增強復(fù)合材料(FRP)由于具有

2、大的比強度與比模量、良好的耐腐蝕性能與耐久性性能和易于應(yīng)用等特點，廣泛的運用在結(jié)構(gòu)的抗震加固領(lǐng)域。結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力是基于性能抗震設(shè)計的核心目標(biāo)，采用倒塌安全儲備為指標(biāo)指導(dǎo)FRP抗震加固，以保證加固后結(jié)構(gòu)在具有足夠抗倒塌能力的前提下，避免不必要的經(jīng)濟浪費，使加固更為合理。本文主要的研究內(nèi)容如下:
　　(1)針對低延性RC框架結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點在數(shù)值模擬層面進行了模擬與FRP抗震加固。先對目前已有的三種定參理論針對FRP加固前后低延性梁柱節(jié)

3、點的適用性進行了討論分析，然后在認為可行的斜壓桿理論的基礎(chǔ)上分別對FRP加固前與FRP加固后情況的約束假定和強度折減假定進行了改進，提出了對低延性梁柱節(jié)點及FRP加固后節(jié)點的定參方法。最后采用OpenSees對FRP加固前后低延性梁柱節(jié)點組合體進行了數(shù)值模擬，并與實驗結(jié)果相比較，該定參方法得到驗證。實現(xiàn)了梁柱節(jié)點的精細化建模，為接下來RC低延性結(jié)構(gòu)的建模分析打下基礎(chǔ)。
　　(2)針對低延性RC框架結(jié)構(gòu)刻畫了其初始損傷與推覆作用下的

4、整體損傷發(fā)展，并基于加固目標(biāo)倒塌安全儲備系數(shù)(CMR)對抗倒塌能力不足的低延性RC結(jié)構(gòu)在數(shù)值層面進行了FRP抗震加固。首先采用多模態(tài)損傷模型刻畫了低延性RC結(jié)構(gòu)相較新建完好結(jié)構(gòu)的初始損傷與在推覆作用下的整體損傷發(fā)展，并對其進行了基于推覆(pushover)分析的倒塌安全儲備能力的評估，然后考慮加固結(jié)構(gòu)的后續(xù)使用壽命的基礎(chǔ)上提出了加固目標(biāo)CMR值，以此來指導(dǎo)低延性RC結(jié)構(gòu)的FRP抗震加固，在保證加固結(jié)構(gòu)在后續(xù)使用壽命內(nèi)具有充足的抗倒塌能力

5、的前提下，使加固更為經(jīng)濟合理。通過算例印證了損傷刻畫的合理性和以加固目標(biāo)CMR值指導(dǎo)加固的可行性。
　　(3)針對銹蝕RC框架結(jié)構(gòu)探討了其初始損傷的刻畫與在強震作用下整體損傷的發(fā)展，并在此基礎(chǔ)上基于倒塌安全儲備系數(shù)CMR實現(xiàn)了FRP的抗震加固，體現(xiàn)了銹蝕及FRP加固銹蝕結(jié)構(gòu)CMR的時變性。仍采用OpenSees數(shù)值模擬方法，用多模態(tài)損傷模型刻畫了銹蝕結(jié)構(gòu)初始損傷并探討分析了鋼筋銹蝕程度對結(jié)構(gòu)初始損傷的影響及在強震作用下銹蝕結(jié)構(gòu)整體

6、損傷的發(fā)展趨向，并考慮銹蝕RC結(jié)構(gòu)不同剩余使用年限采用基于增量動力分析(IDA)的倒塌安全儲備能力的方法來評估銹蝕結(jié)構(gòu)的倒塌安全儲備能力。對于抗倒塌能力不足的銹蝕RC結(jié)構(gòu)，采用FRP對其進行抗震加固，考慮了三個具有代表性的加固時間節(jié)點及FRP加固后鋼筋銹蝕的發(fā)展情況。通過算例印證了對銹蝕RC結(jié)構(gòu)整體和初始損傷的合理性，體現(xiàn)出銹蝕及FRP加固后結(jié)構(gòu)CMR具有時變性的特點。最后采用pushover方法對算例結(jié)構(gòu)進行了倒塌安全儲備分析，pus