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(qiáng)烈地震，地震的發(fā)生對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，造成嚴(yán)重的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。而我國又是一個(gè)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(shí)主要的承災(zāi)體，其中對于采用1970年以前舊規(guī)范設(shè)計(jì)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(qiáng)震作用時(shí)發(fā)生嚴(yán)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(qiáng)復(fù)合材料(FRP)由于具有

2、大的比強(qiáng)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(diǎn)，廣泛的運(yùn)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(jì)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(jì)浪費(fèi)，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(diǎn)在數(shù)值模擬層面進(jìn)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(diǎn)的適用性進(jìn)行了討論分析，然后在認(rèn)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(qiáng)度折減假定進(jìn)行了改進(jìn)，提出了對低延性梁柱節(jié)點(diǎn)及FRP加固后節(jié)點(diǎn)的定參方法。最后采用OpenSees對FRP加固前后低延性梁柱節(jié)點(diǎn)組合體進(jìn)行了數(shù)值模擬，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比較，該定參方法得到驗(yàn)證。實(shí)現(xiàn)了梁柱節(jié)點(diǎn)的精細(xì)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(jìn)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(jìn)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(jì)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(qiáng)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(shí)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(shí)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(qiáng)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(jìn)行抗震加固，考慮了三個(gè)具有代表性的加固時(shí)間節(jié)點(diǎn)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(shí)變性的特點(diǎn)。最后采用pushover方法對算例結(jié)構(gòu)進(jìn)行了倒塌安全儲備分析，pus