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FRP加固钢筋混凝土柱考虑地震及使用损伤的长期性能和修复

单波  
【摘要】: 对于大量的钢筋混凝土旧桥柱,采用外包FRP加固可以有效提高抗震性能。试验研究表明,通过合理的设计,钢筋混凝土加固柱在强烈地震作用中有足够的延性发展,可以避免结构的整体坍塌。然而,加固柱在经历地震作用后的残余性能方面,还存在研究盲区。例如不同程度地震荷载对外包FRP的影响,损伤柱在长期荷载作用下的破坏准则和工作时限,FRP徐变对损伤柱残余性能的影响,损伤柱的修复手段及抗震性能的恢复情况等。这些问题对于旧桥加固具有重要意义。本学位论文针对上述问题开展了较为系统的研究,主要开展了以下工作: 1.完成了8个大比例模型柱的制作和加固,并对其在控制位移下进行了拟静力试验。重点研究了不同侧移率对加固柱造成损伤累积的影响,不同加固材料对抗震性能的影响。 2.设计和制作了大尺寸柱的长期荷载试验装置,并利用此加载装置完成了5个损伤柱的长期荷载试验。试验中,获取了不同损伤程度加固柱在长期荷载作用下的试验数据,同时考虑了不同大小轴压荷载的影响。 3.采用龄期调整有效模量法(AEMM)计算混凝土徐变,结合Findley模型计算FRP徐变,建立了损伤加固柱的徐变计算模型。计算中遵循静力平衡和变形协调原则,并引入了损伤程度的影响,考虑了密封状态、三向应力状态、徐变泊松比、纵向钢筋引起的应力松弛、应力历史等对混凝土徐变的影响。采用其他研究者的数据以及本试验的数据对计算模型进行了验证,并且采用计算模型对各种徐变影响参数进行了计算分析,对损伤柱的徐变破坏时限进行了预测 4.采用注射环氧树脂以及外包FRP等方法对3个损伤柱进行了修复,并完成了修复柱在地震荷载再次作用下的模拟试验。 通过对以上试验和分析,本文的主要研究成果如下: 1.对于横向钢筋配置不足的钢筋混凝土压弯柱,外包FRP加固可以有效提高结构柱的承载力和延性,并且改变了结构柱的破坏形式。外包FRP加固基本上不改变结构柱的侧向刚度,而侧向承载力有一定程度提高,延性得到很大程度的改善。因此,外包FRP加固在基本不改变整体结构动力特性的基础上,极大的提高结构柱的抗震性能。加固柱的荷载退化和刚度退化显著小于未加固柱,外包FRP加固提高了结构柱在侧移率较大情况下承载能力的稳定性。加固柱的地震耗能能力大大高于未加固柱,但两种不同类型加固柱的耗能能力差别不大。GFRP虽然弹性模量和极限强度远低于CFRP,但以等强度原则设计的抗震加固效果基本一致。


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