FRP加固非延性RC矩形柱振动台试验与抗震性能分析

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1、硕士学位论文FRP加固非延性RC矩形柱振动台试验与抗震性能分析SHAKETABLETESTANDANALYTICALINVESTIGATIONOFTHESEISMICPERFORMANCEOFFRPRETROFITTEDNON-DUCTILERCRECTANGULARCOLUMNS张大维哈尔滨工业大学2017年12月国内图书分类号：TU375学校代码：10213国际图书分类号：624密级：公开工学硕士学位论文FRP加固非延性RC矩形柱振动台试验与抗震性能分析硕士研究生：张大维导师：王震宇教授申请学位：工学硕士学科

2、：建筑与土木工程所在单位：土木工程学院答辩日期：2017年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU375U.D.C:624DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSHAKETABLETESTANDANALYTICALINVESTIGATIONOFTHESEISMICPERFORMANCEOFFRPRETROFITTEDNON-DUCTILERCRECTANGULARCOLUMNSCandidate：ZhangDaweiSupervisor

3、：Prof.WangZhenyuAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ArchitectureandCivilEngineeringAffiliation：SchoolofCivilEngineeringDateofDefence：December,2017Degree-ConferringInstitution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来历次地震中，均有大量钢筋混凝土（Re

4、inforcedConcrete,RC）框架结构，因框架柱缺乏足够的延性和耗能能力而产生严重破坏甚至倒塌。这些未进行抗震设计或由于抗震设计规范的修订而不能满足现行抗震设计规范要求的非延性框架柱，在今后可能发生的罕遇地震作用下，存在较高倒塌风险，急需进行震前的抗震加固。纤维增强复合材料（FiberReinforcedPolymer,FRP）具有抗拉强度高、重量轻、耐腐蚀耐久性能好、方便施工等特点，已广泛地应用于RC结构的抗震加固中，FRP约束加固可以明显改善非延性RC框架柱的抗震性能。实际地震时，地震作用的方向与结

5、构主轴之间的角度是随机的，即结构实际上遭受的是斜向地震作用。已有关于FRP加固RC柱的抗震性能的研究多针对圆柱和方柱，试验方法多采取沿柱构件主轴方向施加水平往复荷载的拟静力试验，斜向输入地震作用并考虑结构动力特性的振动台试验和相关研究则极为匮乏。本文针对我国广泛存在的非延性RC框架矩形柱，进行了FRP加固RC矩形柱的振动台试验，并基于OpenSees有限元分析软件对其抗震性能进行了参数扩展分析，为FRP加固RC结构规范的修订提供基础试验数据和指导建议。主要研究内容包括：(1)对3个截面尺寸为150mm×225mm

6、的FRP加固RC矩形柱全柱模型进行了地震动输入角度（与构件强轴的夹角）分别为0°、30°和60°的振动台试验，以考察地震动输入角度对FRP加固RC框架柱抗震性能的影响规律。基于试验结果，考察了不同水准和不同角度的地震作用下FRP加固RC矩形柱破坏形态、地震响应及抗震性能的变化；试验结果表明：在相同水准地震动作用下，随着地震动输入角度的增大，FRP加固RC矩形柱柱顶加速度和位移响应增大，损伤程度加剧，扭转作用导致其抗震性能退化幅度的增加，表现为弯剪扭复合作用下的破坏模式；(2)基于OpenSees有限元分析软件，建

7、立了FRP加固RC矩形柱的有限元模型，对其进行了动力时程反应分析。结果表明：振动台试验结果与有限元数值模拟结果整体吻合较好，验证了有限元建模方法的正确性及分析方法的精确性，为后续柱构件抗震性能的参数扩展分析奠定了基础；(3)基于验证过的有限元建模及分析方法，对FRP加固RC矩形柱的足尺-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文全柱模型进行了弹塑性静力Pushover分析和动力时程反应分析，考察了地震动输入角度、截面高宽比、轴压比和FRP包裹层数等参数对FRP加固RC矩形柱抗震性能的影响规律。分析结果表明：FRP加固RC

8、矩形柱的抗震性能随地震动输入角度、截面高宽比和轴压比的增大而降低，随FRP布包裹层数的增加而增强。现行《混凝土结构设计规范》规定的RC矩形柱双向抗剪承载力计算公式高估了对塑性铰区外包FRP加固RC矩形柱的抗剪性能，基于试验和分析结果对其双向抗剪承载力计算公式进行了修正。关键词：FRP；钢筋混凝土矩形柱；振动台试验：抗震性能；OpenSees-II-哈尔滨工业大学工学硕士学