【摘要】：外貼纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)加固方法可顯著提升既有劣化的梁、板、柱、墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載力和延性,因而成為了受到廣泛認(rèn)可的混凝土結(jié)構(gòu)加固方法。此外,FRP材料也具有良好的力學(xué)和理化性能,如輕質(zhì)高強(qiáng),耐疲勞,耐腐蝕,無磁,不導(dǎo)電等。在此領(lǐng)域,如何精確預(yù)測FRP外包加固鋼筋混凝土(FRP-RC)柱的側(cè)向響應(yīng)是學(xué)者們重點(diǎn)關(guān)注的議題。為此,本文研究了在軸向壓力和側(cè)向往復(fù)荷載作用下FRP-RC柱的高精度性能模擬,并基于已有抗震設(shè)計(jì)規(guī)范給定的延性需求,建立了FRP加固既有柱的精細(xì)化設(shè)計(jì)方法。為達(dá)到這一目標(biāo),本文首先在第二章歸納整合了來自約130篇文獻(xiàn)的已有FRP外包混凝土的應(yīng)力-應(yīng)變模型,其中110個(gè)圓截面柱模型,40個(gè)非圓截面柱模型,并分別按照模型類別(面向設(shè)計(jì)/面向分析)、應(yīng)力-應(yīng)變曲線形狀和數(shù)學(xué)模型類型進(jìn)行分類。隨后,從已有研究中提取了14組面向設(shè)計(jì)的應(yīng)力-應(yīng)變模型,檢驗(yàn)了其對(duì)于9組混凝土圓柱試件在往復(fù)荷載下側(cè)向響應(yīng)的預(yù)測精度。測試數(shù)據(jù)的混凝土圓柱外表面包裹有FRP型材,并作用有恒定軸向荷載和側(cè)向往復(fù)荷載。將各組應(yīng)力-應(yīng)變模型作為單軸材料參數(shù)輸入到Opensees軟件中,數(shù)值分析結(jié)果表明這些面向設(shè)計(jì)的應(yīng)力-應(yīng)變模型可用于預(yù)測FRP-RC柱的總體往復(fù)荷載效應(yīng),但不能準(zhǔn)確反映壓彎構(gòu)件在受壓區(qū)的局部應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)。柱的軸壓比越高,其數(shù)值擬合極限側(cè)向位移和試驗(yàn)結(jié)果比值越小,因而預(yù)測的破壞模式無法完全符合試驗(yàn)結(jié)果(見第三章)。借鑒已有預(yù)測FRP包裹混凝土應(yīng)力-應(yīng)變性能的研究模型,本文提出了一種基于側(cè)向約束剛度的FRP外包加固混凝土柱應(yīng)力-應(yīng)變模型,從而模擬FRP-RC柱在軸向和側(cè)向荷載下的側(cè)向響應(yīng)。采用新模型和其他五種已有模型對(duì)8組FRP-RC圓柱在軸向和側(cè)向荷載下的地震響應(yīng)進(jìn)行了對(duì)比研究。結(jié)果表明,各模型均不能準(zhǔn)確描述試件的側(cè)向位移。在此基礎(chǔ)上,修正的新模型考慮了新的關(guān)鍵參數(shù)(偏心比),這一參數(shù)對(duì)于RC柱在壓彎作用下的地震響應(yīng)有著極其重要的影響。最后,修正模型對(duì)于另外3組試件的擬合結(jié)果顯現(xiàn)出與試驗(yàn)結(jié)果良好的一致性。這一模型和相應(yīng)結(jié)果見第四章。第五章對(duì)于已有非圓截面柱的研究進(jìn)行了整合評(píng)價(jià),并選取了9種代表性模型來評(píng)價(jià)檢測其對(duì)于7組方形/矩形截面RC柱試件在軸向和側(cè)向荷載下的往復(fù)位移響應(yīng)的預(yù)測精度。結(jié)果表明選取的模型不能預(yù)測試件的破壞模式和極限變形,其原因在于這些模型沒有考慮到偏心比對(duì)于壓彎構(gòu)件局部性能的顯著影響。針對(duì)這一問題,為了精確預(yù)測FRP-RC柱在軸向和側(cè)向荷載下的側(cè)向響應(yīng),本文提出了一種考慮偏心、面向設(shè)計(jì)而偏于安全的模型,并建立了相應(yīng)的軟件程序用于進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)。這一軟件通過用戶交互界面(GUI)簡化了關(guān)于構(gòu)件細(xì)節(jié)和輸出結(jié)果(彎曲-曲率、荷載-變形或兩者)的定義。有關(guān)FRP-RC柱設(shè)計(jì)的結(jié)果見第六章。本文最后對(duì)于研究結(jié)果進(jìn)行了概括總結(jié),并對(duì)后續(xù)研究工作提出了思路。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TU375.3


本文編號(hào)：2798173