FRP加固震損鋼筋混凝土框架受力機(jī)理與抗震性能研究中文摘要

鋼筋混凝土框架在我國(guó)地震災(zāi)區(qū)的震損結(jié)構(gòu)中占有重要比例，震損框架加固后在后續(xù)服役期的抗震性能研究成為亟待開(kāi)展的課題。玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（BFRP）具有高性價(jià)比和環(huán)保的顯著優(yōu)點(diǎn)。以其為加固材料，本項(xiàng)目研究FRP加固震損框架的受力機(jī)理與抗震性能。首先，模擬實(shí)際震損結(jié)構(gòu)加固時(shí)的狀態(tài)開(kāi)展BFRP加固震損柱和框架抗震性能的試驗(yàn)與理論研究，揭示震損程度、殘余位移和軸壓比對(duì)FRP加固震損柱及框架受力機(jī)理和抗震性能的影響規(guī)律，提出FRP加固震損柱的恢復(fù)力模型；其次，建立FRP加固震損框架的數(shù)值分析模型，研究震損框架加固后的地震反應(yīng)特征與破壞機(jī)制；然后，基于地震危險(xiǎn)性理論研究震損框架在后續(xù)服役期的地震需求參數(shù)計(jì)算方法，提出震損框架加固后抗震性能的分析方法；最后，提出震損框架基于性能的FRP抗震加固設(shè)計(jì)方法。本項(xiàng)目的研究對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)加固理論的完善和推動(dòng)BFRP在實(shí)際震損結(jié)構(gòu)抗震加固中的應(yīng)用具有積極意義。

本項(xiàng)目針對(duì)地震災(zāi)區(qū)存在的震損鋼筋混凝土框架的加固問(wèn)題，以玄武巖纖維增強(qiáng)復(fù)合材料作為加固材料，系統(tǒng)研究了FRP約束損傷混凝土、FRP加固震損鋼筋混凝土柱以及FRP加固震損鋼筋混凝土框架的力學(xué)及抗震性能，取得了如下研究成果：(1) 基于標(biāo)準(zhǔn)圓柱體的軸壓試驗(yàn)，研究了損傷程度、FRP層數(shù)對(duì)FRP約束損傷混凝土柱軸壓性能的影響規(guī)律，提出了考慮初始損傷的FRP約束混凝土強(qiáng)度模型、應(yīng)變模型和應(yīng)力—應(yīng)變模型；(2) 基于OpenSees分析平臺(tái)開(kāi)發(fā)了FRP約束損傷混凝土材料模型，該模型可以應(yīng)用于FRP加固震損鋼筋混凝土柱、FRP加固鋼筋混凝土框架的抗震性能分析；(3) 基于FRP加固足尺震損鋼筋混凝土柱抗震性能試驗(yàn)，揭示了軸壓比、殘余位移、震損程度對(duì)FRP加固震損鋼筋混凝土柱抗震性能的影響機(jī)理，驗(yàn)證了中等、嚴(yán)重震損鋼筋混凝土柱經(jīng)FRP加固后，延性和耗能能力均能得到顯著提高，基于OpenSees分析平臺(tái)建立了FRP加固震損鋼筋混凝土柱的高精度有限元模型；(4) 完成了FRP加固震損鋼筋混凝土框架振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，研究了加固前后抗震性能的變化規(guī)律，驗(yàn)證了FRP用于震損結(jié)構(gòu)加固的有效性，并提出了基于失效模式概念的FRP抗震加固設(shè)計(jì)方法，該加固方法可以將有薄弱節(jié)點(diǎn)框架的失效模式改善為強(qiáng)柱弱梁的失效模式；(5) 以O(shè)penSees為分析平臺(tái)完成了完好框架、震損框架和FRP加固震損框架結(jié)構(gòu)的抗震性能分析，揭示了震損結(jié)構(gòu)的失效概率明顯大于完好結(jié)構(gòu)，采用FRP加固后，震損結(jié)構(gòu)的失效概率可以得到有效改善，并且具有可觀的延性儲(chǔ)備，對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能有利。在本項(xiàng)目的支持下，培養(yǎng)畢業(yè)碩士1人，在讀碩士2人。共發(fā)表論文13篇，其中SCI檢索論文8篇。 2100433B

前言

第1章緒論

第2章外貼CFRP布加固木結(jié)構(gòu)受力性能研究

第3章外貼碳－芳HFRP布加固木結(jié)構(gòu)受力性能研究

第4章內(nèi)嵌CFRP板（筋）材加固木結(jié)構(gòu)受力性能研究

第5章FRP加固木結(jié)構(gòu)的施工工藝

第6章FRP加固木結(jié)構(gòu)的工程案例研究

第7章結(jié)語(yǔ)與展望

后記 2100433B

FRP材料與混凝土梁的粘結(jié)強(qiáng)度低，通常會(huì)造成FRP過(guò)早剝離破壞而使得加固效果不佳。HB-FRP加固技術(shù)作為一種新的粘貼技術(shù)，前期研究顯示加固梁界面粘結(jié)強(qiáng)度比傳統(tǒng)的外貼FRP高7.5 倍。不過(guò)對(duì)于HB-FRP 體系的作用機(jī)理還需要更為全面的理解來(lái)建立設(shè)計(jì)模型和指導(dǎo)公式。本項(xiàng)目以HB-FRP抗剪加固梁為研究對(duì)象，以常規(guī)FRP加固理論為研究基礎(chǔ)，以HB-FRP加固體系的界面粘結(jié)性能和抗剪加固性能為研究重點(diǎn)，以模型試驗(yàn)和數(shù)值模型為研究手段，研究鋼扣件間距及個(gè)數(shù)對(duì)HB-FRP的有效粘結(jié)長(zhǎng)度和粘結(jié)強(qiáng)度的影響，探討抗剪加固時(shí)鋼扣件豎向分布間距和FRP間距對(duì)梁抗剪性能的影響,提出FRP平均應(yīng)力分布系數(shù)計(jì)算方法。探明HB-FRP的加固機(jī)理，揭示HB-FRP加固后梁的延性、承載能力變化規(guī)律，建立HB-FRP加固設(shè)計(jì)計(jì)算方法。研究成果將為HB-FRP加固在工程上的應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)，具有重要的理論和工程應(yīng)用價(jià)值。

采用FRP對(duì)抗震性能不足的混凝土柱進(jìn)行性能升級(jí)或修復(fù)已經(jīng)成為當(dāng)前工程結(jié)構(gòu)抗震加固領(lǐng)域中的主要手段。目前絕大多數(shù)針對(duì)FRP約束加固混凝土柱的抗震性能研究是在無(wú)帶載條件情況下進(jìn)行的，不能很好地反映原位帶載約束加固引起的二次疊合受力效應(yīng)對(duì)加固效果的不利影響。本項(xiàng)目擬針對(duì)帶載條件下FRP約束混凝土柱的動(dòng)力特性展開(kāi)大量的試驗(yàn)研究和理論分析工作，研究工作分抗震性能升級(jí)和抗震修復(fù)加固兩種情況進(jìn)行。研究在有無(wú)預(yù)損傷的情況下，混凝土柱的強(qiáng)度、剛度、延性、累積滯回耗能和損傷等參數(shù)的演化規(guī)律，建立考慮帶載效應(yīng)的FRP約束加固柱的恢復(fù)力模型，為FRP帶載約束混凝土結(jié)構(gòu)整體性能的分析和評(píng)定提供必要條件；引入Park和Ang提出的地震損傷模型并結(jié)合三水準(zhǔn)性能設(shè)計(jì)框架，建立基于地震損傷性能的FRP帶載約束加固混凝土的設(shè)計(jì)方法，該方法概念清晰，可更好地體現(xiàn)FRP約束加固的實(shí)際效果，以保證混凝土柱具有足夠的抗震可靠度。 2100433B