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FRP抗震加固RC框架结构的动力时程分析

作　者: 李鹏
导　师: 彭亚萍
学　校: 济南大学
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: FRP 钢筋混凝土框架结构 抗震加固 恢复力模型 动力弹塑性时程分析 抗震性能
分类号: TU375.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,简称FRP)具有轻质高强、耐腐蚀、施工性能好等优越性能，被广泛应用于钢筋混凝土结构抗震加固领域。此外，采用FRP加固混凝土结构具有不影响原有结构正常使用和结构刚度等优点。目前国内、外针对采用FRP加固混凝土结构研究主要集中在采用FRP加固单个混凝土构件方面，对FRP加固混凝土结构整体抗震性能研究还相对不足。动力弹塑性时程分析法能够描述结构在弹性和塑性阶段的内力、变形以及结构的动力性能，相较于反应谱法和静力弹塑性时程分析等方法能比较准确完整地反映出结构在地震作用下反应的全过程。本文采用动力时程分析法，针对采用FRP加固的钢筋混凝土框架结构整体的抗震性能进行研究。首先，制作3榀1：2缩尺比例的两层两跨钢筋混凝土框架模型，通过基于节点的加固方法分别采用CFRP和C/GFRP对该模型进行加固，进而对3榀框架模型进行低周反复荷载试验；其次，采集试验数据建立采用FRP加固的钢筋混凝土框架结构节点恢复力模型，选取El-Centro波、Taft波以及一条人工波，使用有限元软件SAP2000对一个六层的钢筋混凝土框架模型进行FRP抗震加固的动力弹塑性时程分析；最后，设计三种加固方案：方案一，加固第1层所有的节点；方案二，加固第1层到第3层所有节点；方案三，加固全部6层节点，进行分析比较，探讨不同加固方案下FRP抗震加固性能的变化。研究结果表明：采用FRP进行基于节点的抗震加固钢筋混凝土框架可有效提高其承载力、延性和耗能能力等抗震性能。采用C/GFRP加固和CFRP加固均能提高钢筋混凝土框架的抗震性能，在提高延性方面C/GFRP略好于CFRP，在承受地震作用方面CFRP加固效果较好，但是并不明显；三种加固方案都能提高混凝土框架结构的延性，但采用方案一（只加固第1层）和方案二（加固第1层到第3层）可能会导致薄弱层的转移；采用方案三（全部层加固）加固，使得柱铰机制向梁铰机制转移，实现“强柱弱梁”，有效提高结构的抗震性能。可见，基于节点的FRP抗震加固钢筋混凝土框架结构的方法是一种有效可行的FRP抗震加固方法，可以为实际工程设计提供一定参考。

全文目录


摘要  8-9
Abstract  9-11
第一章 绪论  11-23
  1.1 混凝土结构加固的现状和意义  11-12
  1.2 FRP 加固钢筋混凝土结构  12-13
    1.2.1 FRP 简介  12
    1.2.2 FRP 加固与传统加固方法的比较  12-13
  1.3 FRP 加固混凝土构件的研究现状  13-17
    1.3.1 FRP 加固混凝土受弯构件研究现状  13-14
    1.3.2 FRP 约束混凝土柱研究现状  14-15
    1.3.3 FRP 加固混凝土梁柱节点研究现状  15-17
  1.4 FRP 加固钢筋混凝土框架结构整体抗震性能研究现状  17-22
    1.4.1 国外研究  17-20
    1.4.2 国内研究  20-22
  1.5 本文研究内容  22-23
第二章 动力时程分析方法  23-35
  2.1 概述  23
  2.2 结构的振动力学模型  23-26
    2.2.1 层模型  24
    2.2.2 杆系模型  24-25
    2.2.3 有限元模型  25-26
    2.2.4 本文采用的结构振动力学模型  26
  2.3 恢复力模型  26-28
    2.3.1 基于材料的恢复力模型  26-27
    2.3.2 基于截面的恢复力模型  27
    2.3.3 基于构件的恢复力模型  27-28
    2.3.4 本文采用的恢复力模型  28
  2.4 弹塑性时程分析地震波的选取  28-30
    2.4.1 地震波选取方法的国内外研究现状  28-29
    2.4.2 地震波强度指标  29-30
    2.4.3 本文采用的地震波和强度指标  30
  2.5 数值积分求解  30-34
    2.5.1 线性加速度法  30-31
    2.5.2 Wilson- 法  31-32
    2.5.3 Newmark- 法  32-33
    2.5.4 SAP2000 中的时程分析方法  33-34
  2.6 本章小结  34-35
第三章 FRP 加固 RC 框架结构节点恢复力模型  35-49
  3.1 概述  35
  3.2 基于节点的 FRP 抗震加固钢筋混凝土框架结构试验  35-42
    3.2.1 试件设计及制作  35
    3.2.2 试件的抗震加固方法  35-37
    3.2.3 试验加载装置及加载制度  37-38
    3.2.4 测点布置及量测内容  38-39
    3.2.5 试验结果与分析  39-42
  3.3 FRP 加固 RC 框架结构节点恢复力模型  42-47
    3.3.1 概述  42-44
    3.3.2 建立 FRP 加固 RC 框架结构节点恢复力模型  44-47
  3.4 本章小结  47-49
第四章 FRP 抗震加固 RC 框架动力弹塑性时程分析  49-61
  4.1 概述  49
  4.2 钢筋混凝土框架结构算例  49-53
    4.2.1 工程概况  49-51
    4.2.2 反应谱分析  51-53
  4.3 FRP 抗震加固 RC 框架动力弹塑性时程分析  53-59
    4.3.1 通用有限元软件 SAP2000 简介  53-54
    4.3.2 SAP2000 建模  54-55
    4.3.3 地震波  55-57
    4.3.4 塑性铰  57-59
  4.4 本章小结  59-61
第五章 结果分析  61-69
  5.1 概述  61
  5.2 最大楼层位移曲线和层间位移角  61-63
  5.3 顶层加速度和位移时程  63-65
  5.4 底部剪力时程  65
  5.5 塑性铰发展情况  65-67
  5.6 本章小结  67-69
第六章 结论与展望  69-71
参考文献  71-75
致谢  75-77
附录  77

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 混凝土结构、钢筋混凝土结构 > 钢筋混凝土结构 > 框架
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