發(fā)布時(shí)間：2020-04-27 15:48

【摘要】：鋼筋銹蝕是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要病害之一,采用FRP(Fiber Reinforced Polymer)筋代替鋼筋用于混凝土結(jié)構(gòu)中是解決鋼筋銹蝕問(wèn)題的有效方法之一。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)的研究大多集中于梁、柱構(gòu)件受力性能方面,關(guān)于FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)整體抗震性能研究較少。而且對(duì)的抗震性能研究大多采用擬靜力的試驗(yàn)方法,采用動(dòng)力試驗(yàn)方法的研究較少。通過(guò)振動(dòng)臺(tái)對(duì)FRP筋混凝土結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行地震波激勵(lì),根據(jù)結(jié)構(gòu)的響應(yīng)情況分析結(jié)構(gòu)的抗震性能十分必要。本文在研究了GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)筋力學(xué)性能的基礎(chǔ)上,以GFRP筋作為梁柱主筋,設(shè)計(jì)制作了一個(gè)三層兩跨的1/4縮尺框架模型。并選取了4條地震波,在4個(gè)不同加速度峰值共27個(gè)工況下對(duì)模型進(jìn)行單向、雙向以及三向的地震波激勵(lì),得到模型在不同工況下各樓層的加速度響應(yīng)。通過(guò)數(shù)據(jù)處理進(jìn)一步得到模型各樓層的位移反應(yīng)以及層間位移角等數(shù)據(jù),結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)象研究GFRP筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震性能。進(jìn)而建立GFRP筋混凝土框架結(jié)構(gòu)有限元模型,對(duì)于試驗(yàn)中因條件限制未能完成的其它工況進(jìn)行數(shù)值模擬。主要研究成果匯總?cè)缦?1、從試驗(yàn)現(xiàn)象分析,框架模型從多遇地震到罕遇地震的過(guò)程中,裂縫數(shù)量與寬度不斷增加,表明模型結(jié)構(gòu)在地震作用下?lián)p傷逐漸積累,剛度持續(xù)下降。但在經(jīng)歷八度罕遇地震后模型整體保持尚好,未出現(xiàn)GFRP筋斷裂現(xiàn)象,說(shuō)明GFRP筋混凝土框架結(jié)構(gòu)可以滿足“大震不倒”的抗震設(shè)防理念。2、從模型結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)分析,在相同加速度峰值作用下,不同地震波引起的模型結(jié)構(gòu)加速度響應(yīng)不同,說(shuō)明結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)不僅取決于臺(tái)面輸入加速度峰值的大小,還與地震波的頻譜特性有關(guān)。另外,由于前兩個(gè)進(jìn)程中模型各層參與地震作用明顯,在后兩個(gè)進(jìn)程中由于模型結(jié)構(gòu)剛度退化,地震作用上傳能力減弱,導(dǎo)致后兩個(gè)進(jìn)程中模型加速度放大系數(shù)小于前兩個(gè)進(jìn)程中的加速度放大系數(shù)。3、從模型位移反應(yīng)分析,在前三個(gè)進(jìn)程中模型各樓層位移幅度增加較小,而在八度罕遇地震作用下由于結(jié)構(gòu)剛度退化嚴(yán)重導(dǎo)致模型各樓層位移幅度增加較大。另外在前兩個(gè)進(jìn)程中單、雙、三向波引起的各樓層位移反應(yīng)差別不大,而后兩個(gè)進(jìn)程中三向地震作用引起的各樓層位移明顯大于雙向與單向地震作用下各樓層位移,說(shuō)明在經(jīng)歷較大地震作用時(shí),多向地震作用破壞程度遠(yuǎn)大于單向地震作用。4、從模型層間位移角分析,由于首層層高較大,且所受剪力最大,故模型層間位移角最大值出現(xiàn)在首層。另外,結(jié)合試驗(yàn)現(xiàn)象、GFRP筋的力學(xué)性能特點(diǎn)以及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)層間位移角限值分析得出:在同一地震波作用下GFRP筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的層間位移角會(huì)大于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的層間位移角;在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí),GFRP筋混凝土框架結(jié)構(gòu)層間位移角限值應(yīng)大于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)層間位移角限值。5、從有限元分析來(lái)看,在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上完成了30個(gè)工況的有限元模擬,有限元模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果相似度達(dá)到80%左右,通過(guò)有限元數(shù)據(jù)與試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析得出采用有限元分析模擬振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)具有一定的可行性。另外,通過(guò)有限元模擬完成了試驗(yàn)中未能完成的3個(gè)工況下的地震作用,通過(guò)對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分析進(jìn)一步研究GFRP筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的抗震性能。
【圖文】：

GFRP 筋混凝土框架結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究及有限元分析同樣嚴(yán)重，上世紀(jì) 80 年代，，青島海邊的一座 16 層混凝土建筑僅建成三年就因鋼筋腐而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效，最終被迫全部拆除[11,12]。根據(jù) 2003 年《中國(guó)腐蝕調(diào)查報(bào)告》統(tǒng)計(jì)中國(guó)每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占 GDP 的 6%，與建筑相關(guān)產(chǎn)業(yè)約占其中的一半。此文獻(xiàn)[13]進(jìn)行估算，2008 年我國(guó)因腐蝕反應(yīng)造成的經(jīng)濟(jì)損失約為 1.8 萬(wàn)億元，其中建相關(guān)產(chǎn)業(yè)損失約占總損失的 1/3～1/2，可達(dá) 6000～9000 億元[14]。2015 年中國(guó)工程院計(jì)結(jié)果表明：我國(guó)鋼筋銹蝕成本超過(guò) 2.1 萬(wàn)億元，約占當(dāng)年 GDP 的 3.34%[15]。

GFRP 筋混凝土框架結(jié)構(gòu)振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)研究及有限元分析同樣嚴(yán)重，上世紀(jì) 80 年代，青島海邊的一座 16 層混凝土建筑僅建成三年就因鋼筋腐而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效，最終被迫全部拆除[11,12]。根據(jù) 2003 年《中國(guó)腐蝕調(diào)查報(bào)告》統(tǒng)計(jì)中國(guó)每年因腐蝕造成的經(jīng)濟(jì)損失約占 GDP 的 6%，與建筑相關(guān)產(chǎn)業(yè)約占其中的一半。此文獻(xiàn)[13]進(jìn)行估算，2008 年我國(guó)因腐蝕反應(yīng)造成的經(jīng)濟(jì)損失約為 1.8 萬(wàn)億元，其中建相關(guān)產(chǎn)業(yè)損失約占總損失的 1/3～1/2，可達(dá) 6000～9000 億元[14]。2015 年中國(guó)工程院計(jì)結(jié)果表明：我國(guó)鋼筋銹蝕成本超過(guò) 2.1 萬(wàn)億元，約占當(dāng)年 GDP 的 3.34%[15]。
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU37

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本文編號(hào)：2642408