基于损伤释放弹性变形能的结构损伤评价

论文摘要

本文通过对配置HRB400高强钢筋的混凝土柱在低周反复荷载作用下的抗震性能的试验研究,对高强度钢筋混凝土柱的主要破坏形态、骨架曲线和滞回曲线进行分析。考虑混凝土强度、纵向配筋率对滞回特性、规则化骨架曲线、刚度退化、强度退化、延性和耗能性能的影响,得到刚度退化和强度退化与延性系数的关系。对高强度RC柱的试验结果进行分析,确定了高强度RC柱抗震损伤模型中的参数。结合构件的破损状态及其对应的损伤指数确立不同破坏等级所对应的损伤指数范围。提出了描述钢筋混凝土(简称RC,下同)结构能量相关系数γ和卸载刚度修正系数ξ,用试验数据对其可行性加以探讨。分析了目前混凝土恢复力模型,直线型和曲线型卸载方法及卸载刚度和屈服时割线刚度等的研究现状,建立了卸载过程弹性变形能表达式,改进卸载刚度Ku表达式,劲性RC柱恢复力模型试验数据证明,在RC结构中引入ξ和γ系数,可以更好地描述和评价RC结构的动力卸载现象,弥补结构弹塑性时程分析中一般没有考虑卸载刚度与运动状态的相互影响的不足。选取四个柱构件滞回曲线、延性试验数据,用试验数据探讨说明采用基于刚度退化三折线模型的结构损伤对外弹性变形能释放量函数和系统对外弹性变形能释放量为指标的考虑累积作用的结构损伤程度和延性评价模型的合理性和有效性,结合试验中观察到的破坏现象,说明了用损伤释放弹性变形能定义的损伤指数与试验破坏过程及其特征的吻合性,延性系数的计算数值与构件实际延性系数的一致性。本文采用6层高强度RC框架结构为算例进行地震波输入下结构损伤的评价。引进损伤分析程序IDARC2D对框架结构在大震作用下进行动力分析,研究了高强度RC框架结构的抗震性能和损伤程度评价。采取加权系数组合法由构件损伤组合出层或结构整体损伤的方法比较合理,同时具有较好的适用性。比较修正高强混凝土Park&Ang损伤模型与基于IDARC损伤分析方法的损伤指标,表明探讨的损伤模型更适用于评价高强度RC结构。采用加权系数组合法和自振频率衰减法计算的损伤指数分布情况能较实际地反映结构整体的损伤情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义及发展现状
• 1.2 损伤结构弹塑性动力分析研究现状
• 1.2.1 结构损伤研究的发展
• 1.2.2 弹塑性系统动力响应分析方法
• 1.2.3 弹塑性动力分析理论模型
• 1.3 基于损伤性能抗震设计理论的发展现状
• 1.4 论文研究的目标和方案
• 1.4.1 主要研究内容
• 1.4.2 主要研究技术路线
• 1.4.3 论文解决的关键问题
• 参考文献
• 第二章 HRB400 高强钢筋混凝土柱抗震性能分析
• 2.1 高强度钢筋混凝土构件试验概况
• 2.2 试验结果
• 2.2.1 破坏过程
• 2.2.2 滞回曲线
• 2.3 高强度钢筋混凝土构件滞回特性
• 2.4 构件骨架曲线
• 2.4.1 骨架曲线
• 2.4.2 弹性段
• 2.4.3 强化段
• 2.5 构件刚度退化和强度退化
• 2.6 延性与耗能性能
• 2.7 钢筋混凝土构件地震作用下损伤模型
• 2.7.1 修正经典损伤模型
• 2.7.1.1 Park&Ang 模型
• 2.7.1.2 单参数损伤模型
• 2.7.1.3 双参数损伤模型
• 2.7.2 疲劳损伤模型
• 2.7.3 基于动力特征损伤模型
• 2.8 高强 RC 柱构件损伤模型参数的确定
• 2.8.1 Park&Ang 损伤模型使用范围
• 2.8.2 模型参数确定
• u 经验公式'>2.8.2.1 δ_u经验公式
• 2.8.2.2 循环荷载影响系数
• 2.8.2.3 损伤指数
• 2.9 本章小结
• 参考文献
• 第三章 钢筋混凝土结构的卸载刚度
• 3.1 混凝土恢复力模型
• 3.1.1 恢复力模型分析
• 3.1.2 恢复力模型中的卸载定义
• 3.2 混凝土恢复力模型卸载刚度确定
• 3.2.1 直线式和曲线式卸载
• 3.2.2 卸载刚度与屈服时的割线刚度相等
• 3.3 卸载刚度
• 3.3.1 构件运动阶段
• 3.3.2 卸载过程弹性变形能变化
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 损伤释放弹性变形能与结构损伤评价
• 4.1 混凝土结构变形破坏的能量分析和滞回模型
• 4.1.1 变形破坏的能量分析
• 4.1.2 混凝土结构滞回模型
• 4.2 以损伤释放弹性变形能为参数的的损伤模型简介.
• 4.2.1 结构运动处于弹性段
• 4.2.2 结构运动处于强化段
• 4.2.3 结构运动处于下降段
• 4.3 构件损伤破坏和损伤程度评价
• 4.3.1 损伤结构上升段弹性变形能释放界限.
• 4.3.2 损伤结构上升段损伤程度评价
• 4.3.3 损伤结构的延性评价
• 4.4 损伤释放弹性变形能试验研究
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 基于IDRAC损伤结构弹塑性时程分析与损伤评价
• 5.1 高强RC 结构损伤评价算例
• 5.1.1 结构设计
• 5.1.2 材料强度的取值
• 5.1.3 荷载取值及现浇板的影响
• 5.1.4 地震波选波原则
• 5.2 混凝土结构弹塑性地震反应分析
• 5.2.1 结构分析模型
• 5.2.2 构件单元模型
• 5.2.3 数值计算方法
• 5.3 结构非线性动力分析
• 5.3.1 非线性动力反应分析程序简介
• 5.3.2 程序恢复力模型
• 5.3.3 程序非线性动力分析的数值计算方法
• 5.3.4 程序对损伤指标的计算
• 5.3.5 程序结构整体损伤指标
• 5.4 结构非线性动力分析计算结果
• 5.4.1 8 度区结构的反应
• 5.4.2 构件剪力—位移滞回曲线
• 5.4.3 结构地震的杆件损伤分析
• 5.4.4 结构地震的层损伤分析
• 5.4.5 结构整体损伤分析
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 结论与展望
• 6.1 研究工作的主要结论
• 6.2 研究工作的问题和建议
• 个人简历
• 致谢