FRP加固鋼筋混凝土圓柱抗震性能研究.pdf

1、鋼筋混凝土(RC)柱是結(jié)構(gòu)的主要抗側(cè)力構(gòu)件之一，RC柱在地震中如果發(fā)生損壞將會(huì)帶米災(zāi)難性的后果。國內(nèi)外學(xué)者對于如何有效地提高RC柱抗震性能已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究。纖維增強(qiáng)聚合物(Fiber Reinforced Polymer 簡稱FRP)由于其良好的性能在抗震加固中有很多優(yōu)勢，特別是環(huán)向包裹FRP來提高RC柱抗震性能得到了廣泛的重視，已經(jīng)在工程實(shí)際中得到了大量的應(yīng)用。對于FRP加固RC抗震性能的研究工作也已經(jīng)開展了很多，雖然這方面的研究

2、已有大量的文獻(xiàn)發(fā)表，但理論研究大多以定性研究為主，缺乏系統(tǒng)定量的表達(dá)方法。本文進(jìn)行了21根大比例尺寸的FRP加固RC圓柱低周反復(fù)荷載試驗(yàn)研究，對軸壓比、剪跨比、FRP種類和用量以及混雜加固、二次受力效應(yīng)等因素對抗震性能的影響都做了研究。本文的主要工作有： 關(guān)于FRP加固柱受剪承載力的計(jì)算，首先根據(jù)收集到的31個(gè)發(fā)生剪切破壞RC圓柱試件數(shù)據(jù)對于目前主要的受剪承載力計(jì)算公式進(jìn)行評(píng)估，重點(diǎn)對RC圓柱受剪承載力與位移延性系數(shù)的變化關(guān)系進(jìn)

3、行研究。為了確定FRP加同圓柱受剪計(jì)算時(shí)FRP有效應(yīng)變?nèi)≈捣椒?，對加固柱不同的破壞模式進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得到了FRP用量對FRP應(yīng)變發(fā)展速度的影響規(guī)律。研究表明控制了破壞狀態(tài)FRP的可用有效應(yīng)變，就控制了FRP加固柱的破壞模式。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，提出了不同于現(xiàn)有FRP加固規(guī)程的受剪承載力計(jì)算思路，建議了受剪計(jì)算時(shí)FRP的有效應(yīng)變確定方法。本文提出的方法不僅可以對FRP加固RC圓柱最終受剪承載力進(jìn)行計(jì)算，還可以對加固柱的破壞模式進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。

4、 試驗(yàn)結(jié)果表明RC柱側(cè)向變形能力主要與軸壓比和配箍率有關(guān)，目前對于RC圓柱變形能力仍然缺乏定量計(jì)算方法。本文通過對箍筋約束混凝土Mander本構(gòu)模型的簡化分析，得出了箍筋約束混凝土最大應(yīng)力和極限應(yīng)變與配箍特征值的線性關(guān)系。將Mander 模型應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系曲線等效為矩形應(yīng)力圖，并對三角函數(shù)形式的RC圓形截面平衡方程進(jìn)行線性化處理，得到了截面受壓區(qū)高度的計(jì)算方法。根據(jù)箍筋約束混凝土極限應(yīng)變和受壓區(qū)高度可以得到截面極限曲率表達(dá)方式，根

5、據(jù)現(xiàn)有的截面屈服曲率計(jì)算方法可以得到截面的曲率延性系數(shù)的計(jì)算方法，和試驗(yàn)結(jié)果比較顯示本文提出的方法具有較高的精度。根據(jù)截面的曲率延性系數(shù)，運(yùn)用集中塑性鉸法建立了RC圓柱側(cè)向位移角和軸壓比以及塑性鉸區(qū)配箍特征值的函數(shù)關(guān)系。和收集到的27個(gè)大尺寸RC圓柱試驗(yàn)結(jié)果比較表明本文計(jì)算公式與試驗(yàn)結(jié)果在平均意義上吻合很好，并且離散性很小。本文提出的RC圓柱側(cè)向位移角計(jì)算方法可以對現(xiàn)有RC圓柱抗震變形能力進(jìn)行評(píng)估，并可以根據(jù)設(shè)計(jì)者提出的變形要求確定相應(yīng)

6、的約束箍筋用量。根據(jù)本文提出的方法，可以對“中震可修”側(cè)向位移角進(jìn)行定量計(jì)算，為基于不同變形要求的性能設(shè)計(jì)方法打下了基礎(chǔ)。 目前對FRP加固RC圓柱側(cè)向位移計(jì)算缺乏有效的方法。參考箍筋約束的情況可以得到FRP約束RC圓柱截面受壓區(qū)高度計(jì)算方法，通過軸壓下的FRP約束混凝土極限應(yīng)變計(jì)算截面極限曲率，運(yùn)用集中塑性鉸法計(jì)算的側(cè)向位移角相比試驗(yàn)值普遍偏小，并且離散性較大。對本次試驗(yàn)不同種類FRP加固試驗(yàn)結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)有試驗(yàn)數(shù)據(jù)研究表明，F(xiàn)

7、RP約束強(qiáng)度比是延性加固效果的決定性影響因素。在此基礎(chǔ)上提出了加固柱側(cè)向位移角的定量計(jì)算方法，可以通過約束強(qiáng)度比把FRP的約束效果等效為箍筋。對于FRP和箍筋共同約束塑性鉸區(qū)的情況，本文提出的方法也可以對側(cè)向位移角進(jìn)行定量計(jì)算。 根據(jù)RC圓柱截面受壓區(qū)高度計(jì)算方法結(jié)合規(guī)范公式可以對RC圓柱正截面受彎承載力進(jìn)行計(jì)算，克服了規(guī)范公式要進(jìn)行迭代的不足；根據(jù)FRP加固RC圓柱截面受壓區(qū)高度計(jì)算方法，本文提出了FRP加固RC圓柱正截面受彎