FRP加固鋼筋混凝土柱考慮地震及使用損傷的長期性能和修復(fù).pdf

1、對于大量的鋼筋混凝土舊橋柱，采用外包FRP加固可以有效提高抗震性能。試驗研究表明，通過合理的設(shè)計，鋼筋混凝土加固柱在強烈地震作用中有足夠的延性發(fā)展，可以避免結(jié)構(gòu)的整體坍塌。然而，加固柱在經(jīng)歷地震作用后的殘余性能方面，還存在研究盲區(qū)。例如不同程度地震荷載對外包FRP的影響，損傷柱在長期荷載作用下的破壞準(zhǔn)則和工作時限，F(xiàn)RP徐變對損傷柱殘余性能的影響，損傷柱的修復(fù)手段及抗震性能的恢復(fù)情況等。這些問題對于舊橋加固具有重要意義。本學(xué)位論文針對上

2、述問題開展了較為系統(tǒng)的研究，主要開展了以下工作： 1.完成了8個大比例模型柱的制作和加固，并對其在控制位移下進行了擬靜力試驗。重點研究了不同側(cè)移率對加固柱造成損傷累積的影響，不同加固材料對抗震性能的影響。 2.設(shè)計和制作了大尺寸柱的長期荷載試驗裝置，并利用此加載裝置完成了5個損傷柱的長期荷載試驗。試驗中，獲取了不同損傷程度加固柱在長期荷載作用下的試驗數(shù)據(jù)，同時考慮了不同大小軸壓荷載的影響。 3.采用齡期調(diào)整有效模

3、量法(AEMM)計算混凝土徐變，結(jié)合Findley模型計算FRP徐變，建立了損傷加固柱的徐變計算模型。計算中遵循靜力平衡和變形協(xié)調(diào)原則，并引入了損傷程度的影響，考慮了密封狀態(tài)、三向應(yīng)力狀態(tài)、徐變泊松比、縱向鋼筋引起的應(yīng)力松弛、應(yīng)力歷史等對混凝土徐變的影響。采用其他研究者的數(shù)據(jù)以及本試驗的數(shù)據(jù)對計算模型進行了驗證，并且采用計算模型對各種徐變影響參數(shù)進行了計算分析，對損傷柱的徐變破壞時限進行了預(yù)測 4.采用注射環(huán)氧樹脂以及外包FRP

4、等方法對3個損傷柱進行了修復(fù)，并完成了修復(fù)柱在地震荷載再次作用下的模擬試驗。 通過對以上試驗和分析，本文的主要研究成果如下：1.對于橫向鋼筋配置不足的鋼筋混凝土壓彎柱，外包FRP加固可以有效提高結(jié)構(gòu)柱的承載力和延性，并且改變了結(jié)構(gòu)柱的破壞形式。外包FRP加固基本上不改變結(jié)構(gòu)柱的側(cè)向剛度，而側(cè)向承載力有一定程度提高，延性得到很大程度的改善。因此，外包FRP加固在基本不改變整體結(jié)構(gòu)動力特性的基礎(chǔ)上，極大的提高結(jié)構(gòu)柱的抗震性能。加固柱

5、的荷載退化和剛度退化顯著小于未加固柱，外包FRP加固提高了結(jié)構(gòu)柱在側(cè)移率較大情況下承載能力的穩(wěn)定性。加固柱的地震耗能能力大大高于未加固柱，但兩種不同類型加固柱的耗能能力差別不大。GFRP雖然彈性模量和極限強度遠(yuǎn)低于CFRP，但以等強度原則設(shè)計的抗震加固效果基本一致。 2.從長期荷載試驗的結(jié)果來看，F(xiàn)RP加固可有效減少鋼筋混凝土柱在地震作用后的變形，加固柱的軸向變形和環(huán)向變形都遠(yuǎn)小于未加固柱。損傷加固柱在長期荷載作用下的變形量受損

6、傷程度控制，并與加固材料的彈性模量有關(guān)。加固材料相同時，徐變隨損傷程度的增大而增加。同等側(cè)移率下，CFRP加固柱的徐變較之GFRP加固柱約減少10％。損傷柱的徐變隨軸壓荷載的增加而增大。加固柱的有效徐變泊松比顯著小于未加固柱。不同類型加固柱、不同損傷程度加固柱在0.2和0.4不同軸壓比的軸壓荷載下有效徐變泊松比基本相同，可以取為常數(shù)0.15。 3.損傷柱在長期荷載作用下的變形可以采用ACI209徐變模型，在引入損傷修正后進行簡單

7、的預(yù)測。但ACI209模型在加載早期低估了損傷柱的徐變，而隨著時間的增長又高估了損傷柱的徐變。 4.分析表明，縱向配筋量和混凝土強度對損傷柱的徐變變形有較大影響，而加固量對徐變變形量影響較小，縱筋屈服強度對徐變基本無影響。加固量、損傷程度和軸壓荷載大小是控制加固柱徐變破壞時限的主要因素。 5.所有修復(fù)柱較之對應(yīng)柱的第一次抗震試驗，有明顯的剛度退化。修復(fù)柱在再次地震荷載作用下，推、拉方向受力性能出現(xiàn)明顯差別，最大差距達到2