既有混凝土框架结构抗震性能和评估

论文摘要

混凝土结构在建成投入使用后,其力学性能会随着服役时间的推移而劣化,从而产生耐久性损伤。针对目前抗震研究没有考虑结构耐久性损伤的现状,本文从影响钢筋混凝土结构耐久性损伤的主要因素——钢筋锈蚀出发,进行了锈蚀钢筋混凝土压弯构件的反复加载试验,建立了锈蚀钢筋混凝土压弯构件的恢复力模型,编制了考虑钢筋锈蚀的框架结构弹塑性动力分析计算程序,对钢筋混凝土框架结构在不同锈蚀率下的地震反应进行了分析,探讨了既有混凝土框架结构抗震性能和地震损伤评估等问题。论文首先对既有混凝土结构产生耐久性损伤的因素以及损伤结构材料与构件的力学性能进行了系统总结和分析,提出了用衰减函数定义的既有混凝土结构材料力学性能和构件的抗力模型,并考虑了与现行规范的衔接。根据混凝土结构材料、构件和结构整体耐久性损伤指数的定义和计算,提出了用耐久性损伤指数对混凝土结构进行耐久性评定的方法。利用自然暴露、干湿交替和电化学快速锈蚀等多种方法制作了17根锈蚀钢筋混凝土试件,分别进行了四种轴压比下的低周反复加载试验,试验研究了钢筋锈蚀对试件的滞回曲线、强度、刚度、变形和耗能等抗震性能的影响,分析了锈蚀钢筋混凝土压弯试件的恢复力特性,探讨了钢筋锈蚀对构件刚度和延性系数的影响以及刚度退化与构件钢筋锈蚀损伤的关系。讨论了上述要素对既有混凝土框架结构的动力计算参数的影响。在试验研究和现有钢筋混凝土压弯构件恢复力模型研究成果的基础上,给出了锈蚀钢筋混凝土压弯构件屈服剪力和屈服位移、极限剪力和极限位移、破坏剪力和破坏位移与钢筋锈蚀量及轴压比的统计关系,从而建立了锈蚀钢筋混凝土压弯构件的恢复力模型。利用已有文献资料的试验数据对该模型进行了验证,结果吻合较好。参考现有的研究成果,建立了锈蚀钢筋混凝土框架结构的动力分析模型,编制了考虑钢筋锈蚀的混凝土平面框架结构弹塑性动力分析计算程序XSHPK。利用该程序对钢筋混凝土框架在不同锈蚀率下的地震反应进行了对比分析,结果显示,损伤结构的抗震性能降低严重。采用基于功能(钢筋锈蚀率)／位移的能力谱方法(Pushover分析方法)对锈蚀钢筋混凝土框架的抗震性能进行了评估,结果表明,采用能力谱方法可以近似地确定地震作用下既有混凝土框架结构的抗震性能。根据已有混凝土结构地震破坏指标的综合统计分析,给出了适合既有钢筋混凝土框架结构的地震损伤评估模型,确定了评估指标与允许地震损伤程度的定量关系。通过算例,对本文所建立的地震损伤评估模型的实际可行性进行了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 混凝土结构的耐久性研究
• 1.2.2 具有初始耐久性损伤的混凝土结构材料力学性能研究
• 1.2.3 锈蚀钢筋混凝土构件承载力研究
• 1.2.4 既有混凝土结构（构件）的抗震性能研究
• 1.2.5 既有钢筋混凝土构件和结构的地震损伤评估
• 1.3 本文的研究工作
• 参考文献
• 2 既有混凝土结构的耐久性损伤分析
• 2.1 既有混凝土结构产生耐久性损伤的原因
• 2.2 混凝土中钢筋的锈蚀预测及锈蚀钢筋的力学性能
• 2.2.1 混凝土中钢筋的锈蚀过程及关键时间点的确定
• 2.2.2 混凝土中钢筋锈蚀量的计算
• 2.2.3 锈蚀钢筋的力学性能
• 2.3 耐久性损伤混凝土的力学性能
• 2.3.1 一般大气环境下混凝土的力学性能
• 2.3.2 碳化混凝土的力学性能
• 2.4 锈蚀钢筋与混凝土的粘结
• 2.4.1 锈蚀光圆钢筋与混凝土的极限粘结强度
• 2.4.2 锈蚀变形钢筋与混凝土的极限粘结强度
• 2.4.3 锈蚀钢筋与混凝土粘结滑移关系
• 2.5 既有混凝土结构的抗力时变模型
• 2.5.1 既有混凝土结构（构件）抗力的时变模型
• 2.5.2 衰减函数α（t）的表达
• 2.6 既有混凝土框架结构的耐久性损伤分析
• 2.6.1 材料耐久性损伤指数的定义及材料力学性能本构关系
• 2.6.2 混凝土结构（构件）耐久性损伤指数的定义
• 2.6.3 混凝土结构耐久性损伤指数的计算
• 2.7 既有混凝土结构耐久性损伤参数的现场检测
• 2.7.1 结构使用环境条件
• 2.7.2 结构和构件参数检测
• 2.7.3 结构耐久性损伤参数的检测与统计
• 2.8 既有混凝土结构基于耐久性损伤参数的耐久性评定
• 2.8.1 既有混凝土结构的耐久性损伤等级划分
• 2.8.2 既有混凝土结构耐久性损伤性能目标的确定
• 2.8.3 算例
• 2.9 本章小结
• 参考文献
• 3 锈蚀钢筋混凝土压弯构件反复加载试验
• 3.1 试件制作
• 3.1.1 试件设计
• 3.1.2 材料的力学性能
• 3.1.3 钢筋的锈蚀方法及锈蚀状态
• 3.2 加载试验
• 3.2.1 试验加载装置
• 3.2.2 加载制度
• 3.3 试验结果分析
• 3.3.1 钢筋锈蚀截面损失率
• 3.3.2 破坏特征分析
• 3.3.3 滞回曲线
• 3.3.4 骨架曲线
• 3.3.5 延性比及侧移角
• 3.3.6 刚度衰减
• 3.3.7 耗能特性
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 4 锈蚀钢筋混凝土压弯构件恢复力模型
• 4.1 影响恢复力模型的因素
• 4.2 混凝土构件恢复力模型的特征
• 4.2.1 刚度退化三线型（D-TRI）模型
• 4.2.2 钢筋混凝土构件恢复力模型特征参数
• 4.3 锈蚀混凝土构件恢复力模型的建立
• 4.3.1 锈蚀混凝土构件恢复力模型的建立的基本原则
• 4.3.2 锈蚀混凝土构件恢复力曲线模型特征参数
• 4.4 锈蚀混凝土压弯构件的恢复力模型的试验拟合验证
• 4.4.1 恢复力模型骨架参数的选取
• 4.4.2 恢复力模型骨架参数的计算与拟合验证
• 4.4.3 锈蚀混凝土压弯构件恢复力模型的讨论
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 5 锈蚀混凝土框架结构地震反应分析
• 5.1 锈蚀混凝土框架结构的计算模型的选取
• 5.2 体系振动方程的建立及基本假定
• 5.2.1 锈蚀混凝土框架结构体系的振动方程
• 5.2.2 基本假定
• 5.3 锈蚀混凝土框架结构动力参数的确定
• 5.3.1 锈蚀混凝土框架结构刚度矩阵
• 5.3.2 阻尼矩阵
• 5.3.3 耐久性损伤对结构固有频率的影响分析
• 5.4 既有混凝土平面框架结构的弹塑性动力分析计算程序的编制
• 5.5 算例
• 5.6 本章小结
• 参考文献
• 6 基于钢筋锈蚀量的既有混凝土框架结构抗震性能评估
• 6.1 Pushover分析方法基本理论
• 6.1.1 Pushover分析的基本假定
• 6.1.2 Pushover分析的基本步骤
• 6.2 既有混凝土框架结构的抗震性能评估
• 6.2.1 基本假定
• 6.2.2 关键环节的处理
• 6.2.3 既有混凝土结构抗震性能评估准则
• 6.2.4 既有混凝土结构抗震性能评估
• 6.3 算例分析
• 6.4 Pushover分析方法的验证
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 7 既有混凝土框架结构的地震损伤评估
• 7.1 结构地震损伤指数模型
• 7.1.1 结构损伤指数的定义
• 7.1.2 材料层次的地震损伤指数
• 7.1.3 构件层次的地震损伤指数
• 7.1.4 结构层次的地震损伤指数
• 7.2 既有混凝土框架结构的地震损伤模型
• 7.2.1 既有混凝土结构构件在指定设防烈度下的地震损伤指数模型
• 7.2.2 既有混凝土框架结构在指定设防烈度下的地震损伤指数模型
• 7.2.3 最大弹塑性变形的简化计算
• 7.3 既有混凝土结构在指定设防烈度下的地震损伤评估
• 7.3.1 期望地震损伤指数
• *'>7.3.2 地震损伤指数的允许值DM^*
• 7.3.3 既有混凝土结构地震损伤评估
• 7.4 算例
• 7.5 本章小结
• 参考文献
• 8 结论与建议
• 8.1 主要研究成果
• 8.2 今后的研究建议
• 致谢
• 在学期间发表的学术论文及科研情况