FRP加固混凝土框架结构的抗震性能研究

论文摘要

纤维增强复合材料即FRP（fiber reinforced plastics）以其轻质高强的突出优点被广泛应用于建筑结构加固工程中。近年来国内外学者进行了大量试验及理论分析研究工作,在该领域理论研究和实际工程应用中均取得了不少成果。目前国内在采用FRP进行混凝土梁、板、柱构件的加固技术方面的研究和应用已经比较成熟,也开展了一些关于FRP加固混凝土构件的抗震性能方面的研究,积累了许多工程实践经验。但是针对梁柱节点组合构件甚至框架结构整体抗震性能的研究还远远不够。本文针对钢筋混凝土框架结构,在课题组已完成的FRP加固混凝土梁柱边节点抗震性能研究的基础上,进一步开展FRP加固混凝土平面框架结构整体的抗震性能研究,全面认识被加固结构的整体性能,为工程应用提供坚实的理论基础。主要研究内容及成果有以下三个方面:1、总结了目前FRP加固混凝土梁柱节点的原理和新思路新方法。在现有试验和理论分析结果的基础上,进行了平面框架梁柱边节点的抗震性能试验结果分析。本课题组的前期试验制作了四个尺寸和配筋完全相同的边节点试件,其中一个作为参照试件不进行加固处理,其余三个试件采用合理可行的加固方式分别进行高强玻璃纤维,混杂纤维加固。通过对各节点试件的极限承载力、延性、耗能能力进行对比分析,试验结果表明:加固后节点试件屈服荷载和极限承载力均有不同程度的提高;FRP加固试件的位移延性系数有较大提高,节点的延性得到显著改善;FRP加固节点试件的荷载-位移滞回曲线呈梭形,与对比构件相比大而饱满,捏拢现象得到明显改善,体现出较好的耗能能力,加固后节点具有良好的抗震性能。2、简单介绍了建筑结构抗震技术的发展过程,静力非线性pushover分析方法的原理和实施步骤,以及该方法在实际工程应用中的优势和不足。对比分析表明:pushover分析方法作为基于性能的抗震设计理论的实现方法,比线弹性分析方法更能反映结构的弹塑性性能,又比动力弹塑性时程分析方法简单,实用性更强。3、在FRP加固节点试验结果的基础上,建立框架分析模型,利用结构分析软件SAP2000中ATC-40能力谱法对其进行pushover分析,分析结果表明:加固后框架在承载力和延性方面均有不同程度的提高,随节点加固体系的不同而呈现不同的加固效率,各榀加固框架在延性和承载力提高方面的关系基本与节点试验结果一致;加固框架的塑性铰发展顺序为由梁到柱,由底层至顶层,由中节点到边节点,框架结构均能按照耗能较好的延性屈服机制破坏;分析各框架pushover曲线和目标位移的大小,加固后框架结构的延性提高幅度远大于极限承载力的提高。因此,基于节点加固来研究框架整体抗震性能的思路是可行的,且结构的抗震评估和设计应当基于变形满足要求,而不仅仅是承载力满足要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 FRP 材料的组成及基本性能
• 1.2.1 纤维复合材料的组成
• 1.2.2 混杂纤维效应
• 1.2.3 纤维复合材料的优缺点
• 1.3 FRP 在混凝土结构中的应用
• 1.3.1 FRP 加固混凝土结构
• 1.3.2 FRP 在新建建筑中的应用
• 1.4 结构抗震技术发展概述
• 1.4.1 传统抗震设计方法
• 1.4.2 基于性能的抗震设计理论
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 FRP 加固混凝土梁柱边节点抗震性能试验
• 2.1 引言
• 2.2 FRP 加固框架节点方法研究
• 2.2.1 节点形式与节点的抗震加固
• 2.2.2 FRP 与框架节点的抗震加固
• 2.3 FRP 加固混凝土框架节点的抗震性能分析
• 2.4 FRP 加固梁柱边节点抗震性能试验
• 2.4.1 试验试件的设计与制作
• 2.4.2 纤维粘贴方式
• 2.4.3 节点试件的拟静力试验简介
• 2.4.4 主要试验结果分析
• 2.4.5 试验节点抗震性能评估
• 2.5 FRP 加固混凝土框架整体的抗震性能研究
• 第三章 静力非线性分析方法简介
• 3.1 引言
• 3.2 静力非线性pushover 分析方法
• 3.2.1 pushover 方法基本原理和一般步骤
• 3.2.2 pushover 分析方法的优点和不足
• 3.3 结构抗震能力评估体系
• 3.3.1 等效位移系数法
• 3.3.2 能力谱法
• 3.3.3 抗震性能评价指标
• 3.4 pushover 法的应用和发展
• 第四章 平面框架结构pushover 分析及抗震性能评估
• 4.1 结构分析软件SAP2000 简介
• 4.2 SAP2000 中的pushover 分析方法
• 4.2.1 SAP2000 中的铰
• 4.2.2 分析工况与荷载控制
• 4.2.3 pushover 分析主要输出结果
• 4.3 建立平面框架模型
• 4.3.1 框架结构FRP 抗震加固方式
• 4.3.2 平面框架分析模型
• 4.4 pushover 分析数据准备
• 4.4.1 地震需求谱的参数转换
• 4.4.2 节点区塑性关系的定义
• 4.5 结果分析与抗震性能评估
• 4.5.1 塑性铰的发展
• 4.5.2 pushover 曲线
• 4.5.3 性能点和目标位移
• 第五章 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间发表论文目录）