FRP加固鋼筋混凝土柱考慮地震及使用損傷的長(zhǎng)期性能和修復(fù).pdf

1、對(duì)于大量的鋼筋混凝土舊橋柱，采用外包FRP加固可以有效提高抗震性能。試驗(yàn)研究表明，通過合理的設(shè)計(jì)，鋼筋混凝土加固柱在強(qiáng)烈地震作用中有足夠的延性發(fā)展，可以避免結(jié)構(gòu)的整體坍塌。然而，加固柱在經(jīng)歷地震作用后的殘余性能方面，還存在研究盲區(qū)。例如不同程度地震荷載對(duì)外包FRP的影響，損傷柱在長(zhǎng)期荷載作用下的破壞準(zhǔn)則和工作時(shí)限，F(xiàn)RP徐變對(duì)損傷柱殘余性能的影響，損傷柱的修復(fù)手段及抗震性能的恢復(fù)情況等。這些問題對(duì)于舊橋加固具有重要意義。本學(xué)位論文針對(duì)上

2、述問題開展了較為系統(tǒng)的研究，主要開展了以下工作： 1.完成了8個(gè)大比例模型柱的制作和加固，并對(duì)其在控制位移下進(jìn)行了擬靜力試驗(yàn)。重點(diǎn)研究了不同側(cè)移率對(duì)加固柱造成損傷累積的影響，不同加固材料對(duì)抗震性能的影響。 2.設(shè)計(jì)和制作了大尺寸柱的長(zhǎng)期荷載試驗(yàn)裝置，并利用此加載裝置完成了5個(gè)損傷柱的長(zhǎng)期荷載試驗(yàn)。試驗(yàn)中，獲取了不同損傷程度加固柱在長(zhǎng)期荷載作用下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮了不同大小軸壓荷載的影響。 3.采用齡期調(diào)整有效模

3、量法(AEMM)計(jì)算混凝土徐變，結(jié)合Findley模型計(jì)算FRP徐變，建立了損傷加固柱的徐變計(jì)算模型。計(jì)算中遵循靜力平衡和變形協(xié)調(diào)原則，并引入了損傷程度的影響，考慮了密封狀態(tài)、三向應(yīng)力狀態(tài)、徐變泊松比、縱向鋼筋引起的應(yīng)力松弛、應(yīng)力歷史等對(duì)混凝土徐變的影響。采用其他研究者的數(shù)據(jù)以及本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)對(duì)計(jì)算模型進(jìn)行了驗(yàn)證，并且采用計(jì)算模型對(duì)各種徐變影響參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算分析，對(duì)損傷柱的徐變破壞時(shí)限進(jìn)行了預(yù)測(cè) 4.采用注射環(huán)氧樹脂以及外包FRP

4、等方法對(duì)3個(gè)損傷柱進(jìn)行了修復(fù)，并完成了修復(fù)柱在地震荷載再次作用下的模擬試驗(yàn)。 通過對(duì)以上試驗(yàn)和分析，本文的主要研究成果如下：1.對(duì)于橫向鋼筋配置不足的鋼筋混凝土壓彎柱，外包FRP加固可以有效提高結(jié)構(gòu)柱的承載力和延性，并且改變了結(jié)構(gòu)柱的破壞形式。外包FRP加固基本上不改變結(jié)構(gòu)柱的側(cè)向剛度，而側(cè)向承載力有一定程度提高，延性得到很大程度的改善。因此，外包FRP加固在基本不改變整體結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的基礎(chǔ)上，極大的提高結(jié)構(gòu)柱的抗震性能。加固柱

5、的荷載退化和剛度退化顯著小于未加固柱，外包FRP加固提高了結(jié)構(gòu)柱在側(cè)移率較大情況下承載能力的穩(wěn)定性。加固柱的地震耗能能力大大高于未加固柱，但兩種不同類型加固柱的耗能能力差別不大。GFRP雖然彈性模量和極限強(qiáng)度遠(yuǎn)低于CFRP，但以等強(qiáng)度原則設(shè)計(jì)的抗震加固效果基本一致。 2.從長(zhǎng)期荷載試驗(yàn)的結(jié)果來看，F(xiàn)RP加固可有效減少鋼筋混凝土柱在地震作用后的變形，加固柱的軸向變形和環(huán)向變形都遠(yuǎn)小于未加固柱。損傷加固柱在長(zhǎng)期荷載作用下的變形量受損

6、傷程度控制，并與加固材料的彈性模量有關(guān)。加固材料相同時(shí)，徐變隨損傷程度的增大而增加。同等側(cè)移率下，CFRP加固柱的徐變較之GFRP加固柱約減少10％。損傷柱的徐變隨軸壓荷載的增加而增大。加固柱的有效徐變泊松比顯著小于未加固柱。不同類型加固柱、不同損傷程度加固柱在0.2和0.4不同軸壓比的軸壓荷載下有效徐變泊松比基本相同，可以取為常數(shù)0.15。 3.損傷柱在長(zhǎng)期荷載作用下的變形可以采用ACI209徐變模型，在引入損傷修正后進(jìn)行簡(jiǎn)單

7、的預(yù)測(cè)。但ACI209模型在加載早期低估了損傷柱的徐變，而隨著時(shí)間的增長(zhǎng)又高估了損傷柱的徐變。 4.分析表明，縱向配筋量和混凝土強(qiáng)度對(duì)損傷柱的徐變變形有較大影響，而加固量對(duì)徐變變形量影響較小，縱筋屈服強(qiáng)度對(duì)徐變基本無影響。加固量、損傷程度和軸壓荷載大小是控制加固柱徐變破壞時(shí)限的主要因素。 5.所有修復(fù)柱較之對(duì)應(yīng)柱的第一次抗震試驗(yàn)，有明顯的剛度退化。修復(fù)柱在再次地震荷載作用下，推、拉方向受力性能出現(xiàn)明顯差別，最大差距達(dá)到2