型钢混凝土异形柱框架性能指标量化研究

根据型钢混凝土(SRC)异形柱框架的破坏特点,将其性能水平划分为正常使用、暂时使用、修复后使用、生命安全和接近倒塌5档,并建立相应的抗震性能目标.在统计发生弯曲破坏和剪切斜压破坏的SRC异形柱侧移角试验结果的基础上,分析配钢形式、轴压比、剪跨比和荷载方向对侧移角的影响规律,给出SRC异形柱对应5个性能水平的变形限值.进而对SRC异形柱框架的层间位移角试验结果进行分析,并参照中国现行抗震规范和其它相关研究结果,建议SRC异形柱框架对应5个性能水平的层间位移角限值,分别取1/450、1/150、1/75、1/45和1/40.研究可为建立SRC异形柱框架基于性能的抗震设计理论提供参考.     

纤维布加固填充墙钢筋混凝土框架的抗震性能水准研究

为研究纤维布（Fiber-Reinforced Polymer, FRP）加固对填充墙钢筋混凝土（RC）框架抗震性能水准的影响,利用数值模拟验证后的有限元建模方法,分别对未加固及FRP加固后的1000个随机结构模型进行了Pushover分析,最终基于各极限状态下层间位移角的统计分析结果,建立了FRP加固前后填充墙RC框架针对不同极限状态的量化划分准则。不同加固方案的分析结果表明：FRP仅加固框架梁、柱对框架轻微破坏状态影响不大,但会大幅度提高框架中等、严重和倒塌破坏的延性水平,且提高幅度随着框架柱包裹FRP层数的增加而增加;FRP仅加固填充墙并不能改善填充墙在轻微和中等状态的延性水平,但可以明显改善填充墙在严重和倒塌状态下的延性水平;FRP同时加固框架和填充墙可以提高各自的延性水平。     

预应力钢绞线加固混凝土短柱抗震性能研究

为研究预应力钢绞线加固钢筋混凝土(RC)短柱的抗震特性,对7个试件进行了低周反复加载试验.试验研究了轴压比、钢绞线配置特征值和预应力水平对加固短柱抗震性能的影响.结果表明,预应力钢绞线可有效改善RC短柱的抗震性能,延性和耗能能力显著提高,与未加固试件PC1相比,预应力钢绞线加固短柱的位移延性系数、累积耗能能力最大值分别提高1.87倍和6.78倍;钢绞线配置量及预应力水平对加固柱滞回曲线有明显的影响,其它条件相同时,钢绞线配置量大或者预应力水平较高的试件滞回曲线较饱满;对于低轴压比(n≤0.30)试件,钢绞线配置特征值达到0.119、预应力水不小于0.40时即可获得较好的抗震性能.在试验基础上,提出了预应力钢绞线加固RC圆形短柱的受剪承载力计算公式,计算结果与试验值总体吻合良好.成果为预应力钢绞线加固RC短柱提供了参考数据和设计计算方法.     

基于神经网络的FRP抗震加固混凝土柱破坏模式预测

混凝土柱采用FRP横向缠绕加固可有效改善其抗震性能.对于FRP抗震加固混凝土柱的破坏模式,目前尚无有效预测方法.文章全面分析了影响FRP抗震加固混凝土柱破坏模式的主要因素,基于人工神经网络理论,建立了其破坏模式BP网络预测模型,并对35个FRP加固柱在水平荷载作用下的破坏模式进行了预测,结果表明,与试验观测值相比,所建BP网络模型预测值的符合率超过了90%,可用于FRP抗震加固混凝土柱的破坏模式预测.     

FRP增强混凝土框架节点恢复力模型

为研究FRP增强混凝土梁柱节点及其组成框架结构的整体抗震性能,基于FRP增强混凝土梁柱节点的拟静力试验结果,分析了各类试验节点的滞回特性.考虑刚度退化的影响,提出FRP增强混凝土框架节点的三折线恢复力模型及其特征参数取值范围,并给出层间混杂FRP加固节点的恢复力模型表达式.结果表明,各类FRP加固节点的抗震性能相对于对比构件有明显的提高,相对而言层间混杂FRP的增强作用更为有效.所建立的恢复力模型骨架曲线与试验值非常接近,此模型可用于FRP增强混凝土框架结构的弹塑性动力反应分析及其节点的抗震加固设计.     

既有结构的性能化消能减震加固分析

为了对设防烈度提高后抗震性能不满足规范的既有结构,在不改变既有结构抗震构造的前提下采用消能减震技术通过性能化的设计方法实现抗震加固的目的,本文以既有框架结构为研究对象,基于时程分析法,采用有限元软件对既有结构进行消能减震加固分析。结果表明:既有结构在合理设置粘滞阻尼器后,其结构的抗震性能明显改善,可使小震作用下结构各楼层剪力和层间位移角较原结构降低50%以上,主体结构的抗震构造可降低一度;最大层间位移角小震作用下小于弹性层间位移限值1/550,中震作用下小于1/275,大震作用下小于1/138,可实现既有结构"小震不坏,中震可修,大震不倒"的设防目标,且满足性能目标3的要求。     

基于位移的结构抗震设计方法探讨

根据钢筋混凝土框架结构的受力特点,把其等效为单自由度体系,推导等效单自由度体系的等效参数,阐述了直接基于位移的抗震设计方法的思路.将结构的性能划分为功能完好、功能连续、破坏控制、损失控制及生命安全5个性能水平,并用层间位移角限值予以量化.通过实例分析表明,基于位移的抗震设计比基于强度的抗震设计更能有效地把握结构在未来地震作用下的行为,同时该方法能对不同的性能目标进行多目标设计,满足业主对不同抗震设防目标的要求.     

速度型减震技术在抗震水准提高的改造工程中的应用

福州琅岐岛某酒店公寓楼改造为中学宿舍,抗震设防类别由标准设防(丙类)提升为重点设防类(乙类),采用黏滞阻尼器对其进行抗震加固.对加设黏滞阻尼器模型和传统加固模型进行了罕遇地震下的抗震验算,对结构层间位移角、楼层位移、楼层剪力、地震输入能量分布和结构构件损伤等进行抗震性能分析,以及经济性对比.采用黏滞阻尼器进行抗震加固能有效将位移控制在2～3倍的弹性层间位移角限值,大幅提高结构抗震超强能力,替代主体结构构件耗散50%～60%地震能量,减轻结构构件的损伤.加设阻尼器加固后的结构抗震性能明显优于传统的抗震加固方式,且大幅降低结构在改造加固中的工程造价(降低约30%),可作为类似工程的参考.     

混杂FRP加固腐蚀钢筋混凝土圆柱基于位移性能的抗震设计

采用简化的双线性纤维增强聚合物(FRP)约束混凝土应力-应变曲线模型,对地震荷载作用下的混杂FRP约束完好混凝土圆柱进行了近似的截面延性分析,再从钢筋有效截面面积的减少、钢筋力学性能的降低和钢筋-混凝土黏结界面的弱化三个方面考虑钢筋腐蚀对截面延性的影响,建立了计算混杂FRP加固腐蚀混凝土圆柱潜在塑性铰区延性的简单适用模型,并编写了无需迭代的混杂FRP加固腐蚀混凝土柱基于位移性能的抗震设计程序.     

预应力CFRP加固混凝土柱抗震性能的数值分析

采用预应力CFRP片材加固钢筋混凝土柱,可以提高柱的抗震性能.本文采用有限元分析软件ANSYS,对预应力CFRP片材加固钢筋混凝土柱的低周反复荷载试验过程进行了数值模拟分析,提出了分析同类问题的有限元算法,研究了预应力大小对预应力FRP片材加固钢筋混凝土柱抗震性能的影响,分析了预应力FRP片材加固钢筋混凝土柱的破坏机理.分析结果表明:随着FRP片材预应力度的增加,被加固柱的滞回曲线趋于饱满,滞回环的外包面积增大,延性增加,其耗能能力和抗震性能显著提高.     

高强约束混凝土框架柱基于位移的抗震设计

根据收集的108根高强混凝土框架柱在固定轴向荷载和水平反复荷载作用下的试验结果，首先讨论了试验柱的屈服位移角、最大位移角、极限位移角和延性与剪跨比、轴压比、配箍特征值、保护层面积和核心混凝土面积比值及纵筋配筋率之间的关系；然后分析回归出试验柱的极限位移角与轴压比、配箍特征值及保护层面积和核心混凝土面积比值之间的关系式；接着建立了配箍特征值与轴压比和极限位移角之间的关系，并提出了配箍特征值的实用计算公式；最后，通过比较分析，给出了高强混凝土框架柱箍筋加密区的最小配箍特征值，并与现行规范（GB50010-2002）规定的框架柱箍筋加密区最小配箍特征值进行了分析比较．     

钢筋与 FRP 筋混杂配筋混凝土梁的抗弯性能

为了在试验基础上研究钢筋与纤维增强复合材料(fibre reinforced plastic, FRP)筋混杂配筋梁的抗弯性能, 运用有限元软件 ABAQUS 对已有混杂 FRP 筋试验梁进行建模和非线性分析, 研究了 FRP 筋种类、混凝土强度、等效配筋率等因素的影响. 基于有限元结果拟合出了适筋破坏时混杂 FRP 筋梁的 FRP 筋应力表达式和承载力计算公式, 并运用已有试验数据验证其正确性. 结果表明: 等效配筋率对混杂 FRP 筋梁的承载能力和变形性能影响最为显著, 其次为 FRP 筋种类; 混凝土强度对承载力有一定的影响, 但对刚度影响较为有限;     

FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土梁受弯性能

根据FRP筋和钢筋的本构模型,提出了FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土梁2种名义配筋率和3种破坏模式的概念,并给出了3种破坏模式的判别条件.利用正截面受弯承载力计算基本假定和截面受力平衡条件,推导了FRP筋和钢筋混合配筋增强混凝土适筋梁正截面受弯承载力建议计算公式.设计制作了5根不同FRP筋和钢筋配筋面积比的混合配筋混凝土梁进行静力抗弯试验,并结合相关试验数据分析表明,适筋梁正截面受弯承载力建议公式计算值与试验实测值吻合较好,可供工程设计参考;建议在对承载能力要求较高而挠度控制较低的情况下使用混合配筋混凝土梁以充分利用材料的强度;合理控制混合配筋梁的配筋率及FRP筋和钢筋的配筋面积比,其延性性能满足设计要求.     

纤维增强聚合物加固带裂缝圆截面木梁的弯曲

对具有纵向贯穿裂缝圆截面木梁全贴纤维增强聚合物(fiber reinforced polymer, FRP) 布的弯曲加固效果进行了研究. 在组合梁小挠度变形的假定下, 建立了全贴FRP 布加固带纵向贯穿裂缝圆截面木梁弯曲变形的控制方程, 研究了自由端集中载荷作用下FRP 布加固圆木梁的弯曲行为, 并得到了问题的解析解, 分析了FRP 布模量和厚度、梁长细比以及裂缝宽度等因素对FRP 布加固木梁弯曲变形的影响. 数值结果表明, FRP 布加固木梁自由端挠度随FRP 布厚度、弹性模量和剪切模量的增加而减少, 且当FRP 布厚度和弹性模量增加到一定值时, 继续增加其厚度和弹性模量对圆木梁的加固作用已不明显; FRP 布的剪切模量对短粗木梁挠度的影响较大, 且当剪切模量较大时, FRP 布加固可完全消除裂缝因素的影响.     

配置500 MPa级钢筋混凝土梁的抗弯延性分析

为分析配置500 MPa级纵筋混凝土梁的抗弯延性性能,对6个混凝土梁试件进行弯曲破坏试验,分析不同混凝土强度和纵筋配筋率对延性性能的影响.结果表明:配置500 MPa级纵筋混凝土梁与400 MPa级纵筋混凝土梁的弯曲破坏形式基本一致;随着混凝土强度等级的增大,梁的抗弯承载力和延性也相应增大;纵筋配筋率的提高会使梁的延性降低;相对于400 MPa级纵筋混凝土梁,在相同的纵筋配筋率及混凝土强度条件下,配置500 MPa级纵筋混凝土梁的抗弯承载力得到明显改善,但其延性会下降.在工程中,可以通过降低纵筋配筋率提高混凝土梁的延性,达到节省钢筋的目的.     

多层工业厂房火灾后加固设计与抗震性能分析

为探究多层钢筋混凝土工业厂房在加固前后以及火灾前后的抗震性能变化情况,围绕火灾后多层工业厂房的加固设计和抗震性能分析展开研究.首先,建立多层钢筋混凝土框架结构火灾后抗震性能的有限元分析方法;随后,介绍某多层工业厂房结构特点和火灾后结构损伤情况,据此综合利用增大截面、粘贴钢板和粘贴纤维复合材料等方法对结构进行了加固设计;进而,建立了结构三维有限元模型,开展了结构动力特性和弹性地震响应分析;最后,进行了结构的动力弹塑性分析,探究了火灾前、后结构整体的抗震性能和加固措施对火灾后结构抗震性能的改善,并探讨了不同地震动特性对多层钢筋混凝土框架抗震性能的影响.研究结果表明:火灾后,整体结构地震响应明显大于火灾前,层间位移角最大增加了143％,且不同楼层层间位移角的增大幅度与楼层受火情况密切相关;近场地震作用下的结构响应大于远场地震,罕遇地震作用下底层层间位移角在近场地震作用下可达远场地震作用的2.71倍;所提出的加固方案有效提升了结构抗震性能,罕遇地震作用下底层层间位移角平均减少115.7％.研究成果可为多层工业厂房火灾安全性评估和加固设计提供参考.     

条形基础下竖向布置FRP板材地基试验研究

与传统加筋材料相比,FRP材料具有高强度和良好耐久性优势,因此它更适于用作加筋材料。完成了纯砂和5种竖向加筋方式的加筋地基模型试验,对比了不同加筋方式对地基承载力和地基沉降的影响,分析了每种加筋方式下FRP的应变及土压力的变化规律,据此探讨了FRP筋材的加筋机理。试验结果表明,不设横筋的加筋地基的加筋效果很小,加设横筋的竖向加筋地基的加筋效果明显,横筋、竖板高度、竖板间距对加筋效果的影响明显,地基的破坏模式均为土体剪切破坏,加筋存在深基础和扩散层两种机理。     

结构用FRP的研究和利用现状

纤维聚合物(FRP)复合材料因其强度重量比及刚度质量比高、热膨胀系数低、各向异性、轻质、耐腐、无磁、有良好的抗疲劳性能及高耐久性等特点,可广泛应用于桥梁、纤维混凝土、补强加固材料、连续纤维筋、岩土工程和建筑工程中.本文介绍了FRP材料在新建结构、结构加固、桥梁中以及预应力FRP在混凝土结构中的研究和应用状况,并提出了结构用FRP在使用方面的一些问题和开发研究前景.     

纤维布加固无粘结预应力梁抗弯试验研究

通过试验对纤维布加固无粘结预应力梁的破坏形态、受力性能、截面应变分布以及挠度变化等进行了研究,主要讨论了加固梁在不同纤维布加固层数、不同加固前预损伤作用和不同加固纤维材料下的性能．试验结果表明：通过粘贴芳纶纤维布、碳纤维布材料都可以有效地提高无粘结预应力梁的受弯极限承载力;当采用多层纤维布加固时,加固梁的受弯极限承载力提高幅度与粘贴纤维布层数的增加呈单调递减的规律;加固前,施加20％、40％对比梁极限承载力预损伤对加固性能影响不大;同层数纤维布加固,芳纶纤维布与碳纤维布加固梁的受力效果相似,受弯极限承载力相近,裂缝开展和刚度变化存在差异．在试验研究的基础上,通过有限元软件ABAQUS进行了模拟计算研究,模拟结果表明,ABAQUS可以真实反映纤维布加固无粘结预应力梁的整个受力过程,模拟值与试验值吻合较好．最后根据试验以及数学模拟中反映出的规律,建立了纤维布加固无粘结预应力梁极限抗弯承载力的实用理论公式,理论计算结果与试验结果符合较好．