【摘要】：地震作用下,抗震性能不足的既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)容易發(fā)生嚴(yán)重破壞甚至整體倒塌,需要對(duì)其進(jìn)行抗震加固以滿足現(xiàn)行抗震規(guī)范的要求。傳統(tǒng)抗震方法是通過(guò)主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的彈塑性變形耗散地震能量,但由于地震作用的不確定特性,地震作用下結(jié)構(gòu)可能會(huì)發(fā)生嚴(yán)重破壞或倒塌。結(jié)構(gòu)耗能減震技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)抗震方法的缺點(diǎn),把本來(lái)主要由主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件耗散的地震能量轉(zhuǎn)移給耗能減震阻尼器來(lái)消耗,從而大幅度地減輕主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞或損傷。防屈曲支撐不僅有效地解決了普通支撐在罕遇地震作用下的受壓屈曲問(wèn)題,而且可以作為耗能減震阻尼器對(duì)主體結(jié)構(gòu)起到被動(dòng)控制的作用。防屈曲支撐引起了地震工程領(lǐng)域的學(xué)者和工程師的高度關(guān)注,但是目前對(duì)防屈曲支撐加固既有鋼筋混凝土框架的研究比較少。本文主要研究防屈曲支撐加固混凝土框架的抗震性能及設(shè)計(jì)方法,主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:(1)針對(duì)增設(shè)防屈曲支撐給主體混凝土框架帶來(lái)的不利影響,采用了一種組合抗震加固方法,即采用防屈曲支撐對(duì)框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體加固,用于提高結(jié)構(gòu)的側(cè)向強(qiáng)度、剛度和耗能能力,同時(shí)采用外包鋼技術(shù)對(duì)增設(shè)支撐跨的柱子和梁柱節(jié)點(diǎn)進(jìn)行局部加固,用于提高柱子的抗彎承載力和變形能力。從河北省圖書(shū)館一棟框架結(jié)構(gòu)底層選取一榀框架作為試驗(yàn)?zāi)Ｐ�。�?duì)1榀采用組合抗震加固方法加固和1榀未加固的單層、單跨1/2縮尺比例框架框架分別進(jìn)行擬靜力試驗(yàn),來(lái)驗(yàn)證提出的組合抗震加固方法的有效性。試驗(yàn)結(jié)果表明,提出的組合加固方法能夠有效防止框架的柱子和梁柱節(jié)點(diǎn)的局部破壞;防屈曲支撐顯著地提高了框架的水平承載力和剛度,消耗了加載中輸入加固框架中的大部分能量;外包鋼有效地改變了主體框架的破壞模式。(2)基于Open Sees分析程序?qū)Ψ狼渭庸啼摻罨炷量蚣芸拐鹦阅苓M(jìn)行數(shù)值模擬。分別建立未加固框架和防屈曲支撐加固框架的數(shù)值分析模型,并將框架的模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較,來(lái)驗(yàn)證建立的框架分析模型的準(zhǔn)確性。數(shù)值模擬結(jié)果表明,模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好,建立的框架分析模型能夠準(zhǔn)確地模擬未加固框架和加固框架的抗震性能。(3)針對(duì)現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)耗能減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)規(guī)定可能會(huì)明顯提高結(jié)構(gòu)的工程造價(jià),提出一種基于最弱塑性鉸的鋼筋混凝土框架層間變形能力簡(jiǎn)化計(jì)算方法。首先定義了鋼筋混凝土框架的層間變形極限狀態(tài);然后基于框架梁柱組合件的破壞型式,確定出層間最弱塑性鉸;最終計(jì)算出框架相應(yīng)的層間變形能力。實(shí)例分析和試驗(yàn)驗(yàn)證表明,框架的層間塑性變形能力主要取決于層間最弱塑性鉸的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力,提出的簡(jiǎn)化計(jì)算方法能夠有效預(yù)測(cè)鋼筋混凝土框架的層間變形能力。(4)揭示防屈曲支撐和節(jié)點(diǎn)板對(duì)主體框架構(gòu)件變形能力的影響規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上提出了防屈曲支撐加固框架層間變形能力的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。給出了罕遇地震作用下防屈曲支撐加固框架彈塑性層間變形需求的簡(jiǎn)化計(jì)算方法。基于防屈曲支撐整體加固時(shí)盡量避免對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件逐個(gè)進(jìn)行局部加固的抗震思想,沿用抗震設(shè)計(jì)規(guī)范建議的二階段設(shè)計(jì)法,提出了一種防屈曲支撐加固框架的實(shí)用設(shè)計(jì)方法。(5)對(duì)河北省圖書(shū)館一棟3層的既有鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)做抗震加固設(shè)計(jì),以驗(yàn)證提出的防屈曲支撐加固框架實(shí)用設(shè)計(jì)方法的有效性。多遇地震作用下原框架的底層和二層大量的柱子縱筋面積不足,彈性層間變形大于規(guī)范限值,罕遇地震作用下框架的彈塑性層間變形需求大于層間變形能力。為了避免對(duì)所有承載力不足柱逐個(gè)進(jìn)行抗震加固所帶來(lái)的高費(fèi)用,采用提出的組合抗震加固方法對(duì)原框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固。加固框架抗震分析表明,結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和結(jié)構(gòu)的層間變形均能夠滿足抗震要求。
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【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TU375.4;TU352.11
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本文編號(hào)：2291418