地震损伤钢筋混凝土构件修复加固试验及数值模拟

地震损伤钢筋混凝土构件修复加固试验及数值模拟我国现行《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)及老版本规范均明确规定“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标,对于“中震可修”情况, 如何采取合理有效、施工方便的修复加固技术是工程中须重点解决的问题。

钢筋混凝土梁柱是框架结构的重要组成部分, 其在中度水准地震作用下存在较高的破坏风险且经大量地震灾害分析表明, 建筑结构地震损伤破坏往往集中在构件端部,对其加固性能等的研究尚不充分。

本文通过试验研究、数值模拟及理论分析, 研究损伤、加固后的钢筋混凝土柱和梁端试件抗震性能、受力特性及加固构造措施, 为我国建筑抗震设计规范和混凝土结构加固规范的修订提供试验和理论基础,主要工作及成果包括:1) 设计并制作6根钢筋混凝土柱试件及6根钢筋混凝土梁端试件。

其中2根柱试件及 2 根梁端试件一次性加载至破坏, 采集试验数据作为对比试件。

其它试件进行损伤后加固。

第一步对原试件进行低周往复损伤试验; 第二步对损伤试件进行碳纤维加固和钢板加固, 再对加固试件进行低周往复试验。

柱试件的变化参数为轴压比与加固方式、梁端试件的变化参数为纵向钢筋配筋率与加固方式, 研究分析试件的滞回性能、骨架曲线、耗能、延性、刚度退化及破坏形态等抗震性能。

试验结果表明, 轴压比小的加固柱试件较轴压比大的加固柱试件耗能高; 采用碳纤维布加固后的受损梁端试件可以有效抑制塑性铰延展及混凝土的脱落破碎, 表现出较好的承载力、耗能能力及延性等抗震性能。

2) 受损试件的数值模型参数确定是建模分析的难点, 本文提出了基于截面刚度退化系数的“截面等效刚度” 方法与基于混凝土强度损伤系数的“截面承载力等效强度”方法,通过简化分析, 并将其用于试件数值模拟关键参数的确定, 结合采用
ANSYS T限元程序，对不同方式加固的试件进行数值建模分析，结果表明，数值分析结果与试验结果吻合较好, 进一步验证了本文所建模型与关键参数确定的合理性和可信性。

3）试验结果表明, 加固后的柱试件与梁端试件承载力得到不同程度的提高, 文中建立了钢筋混凝土损伤加固柱试件斜截面受剪承载力计算模型与钢筋混凝土损伤加固梁端试件抗剪承载力计算模型, 且对该计算方法进行了试验数据验证, 为实际工程加固设计提供理论基础。