GFRP筋混凝土框架结构振动台试验研究及限元分析

发布时间：2020-04-27 15:48

【摘要】：钢筋锈蚀是钢筋混凝土结构的主要病害之一,采用FRP(Fiber Reinforced Polymer)筋代替钢筋用于混凝土结构中是解决钢筋锈蚀问题的有效方法之一。目前国内外关于FRP筋混凝土结构的研究大多集中于梁、柱构件受力性能方面,关于FRP筋混凝土结构整体抗震性能研究较少。而且对的抗震性能研究大多采用拟静力的试验方法,采用动力试验方法的研究较少。通过振动台对FRP筋混凝土结构模型进行地震波激励,根据结构的响应情况分析结构的抗震性能十分必要。本文在研究了GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)筋力学性能的基础上,以GFRP筋作为梁柱主筋,设计制作了一个三层两跨的1/4缩尺框架模型。并选取了4条地震波,在4个不同加速度峰值共27个工况下对模型进行单向、双向以及三向的地震波激励,得到模型在不同工况下各楼层的加速度响应。通过数据处理进一步得到模型各楼层的位移反应以及层间位移角等数据,结合试验现象研究GFRP筋混凝土框架结构的抗震性能。进而建立GFRP筋混凝土框架结构有限元模型,对于试验中因条件限制未能完成的其它工况进行数值模拟。主要研究成果汇总如下:1、从试验现象分析,框架模型从多遇地震到罕遇地震的过程中,裂缝数量与宽度不断增加,表明模型结构在地震作用下损伤逐渐积累,刚度持续下降。但在经历八度罕遇地震后模型整体保持尚好,未出现GFRP筋断裂现象,说明GFRP筋混凝土框架结构可以满足“大震不倒”的抗震设防理念。2、从模型结构加速度响应分析,在相同加速度峰值作用下,不同地震波引起的模型结构加速度响应不同,说明结构的加速度响应不仅取决于台面输入加速度峰值的大小,还与地震波的频谱特性有关。另外,由于前两个进程中模型各层参与地震作用明显,在后两个进程中由于模型结构刚度退化,地震作用上传能力减弱,导致后两个进程中模型加速度放大系数小于前两个进程中的加速度放大系数。3、从模型位移反应分析,在前三个进程中模型各楼层位移幅度增加较小,而在八度罕遇地震作用下由于结构刚度退化严重导致模型各楼层位移幅度增加较大。另外在前两个进程中单、双、三向波引起的各楼层位移反应差别不大,而后两个进程中三向地震作用引起的各楼层位移明显大于双向与单向地震作用下各楼层位移,说明在经历较大地震作用时,多向地震作用破坏程度远大于单向地震作用。4、从模型层间位移角分析,由于首层层高较大,且所受剪力最大,故模型层间位移角最大值出现在首层。另外,结合试验现象、GFRP筋的力学性能特点以及钢筋混凝土结构层间位移角限值分析得出:在同一地震波作用下GFRP筋混凝土框架结构的层间位移角会大于钢筋混凝土框架结构的层间位移角;在进行抗震设计时,GFRP筋混凝土框架结构层间位移角限值应大于钢筋混凝土框架结构层间位移角限值。5、从有限元分析来看,在试验的基础上完成了30个工况的有限元模拟,有限元模拟结果与试验结果相似度达到80%左右,通过有限元数据与试验数据对比分析得出采用有限元分析模拟振动台试验具有一定的可行性。另外,通过有限元模拟完成了试验中未能完成的3个工况下的地震作用,通过对其进行数据分析进一步研究GFRP筋混凝土框架结构的抗震性能。
【图文】：

GFRP 筋混凝土框架结构振动台试验研究及有限元分析同样严重，上世纪 80 年代，，青岛海边的一座 16 层混凝土建筑仅建成三年就因钢筋腐而导致结构失效，最终被迫全部拆除[11,12]。根据 2003 年《中国腐蚀调查报告》统计中国每年因腐蚀造成的经济损失约占 GDP 的 6%，与建筑相关产业约占其中的一半。此文献[13]进行估算，2008 年我国因腐蚀反应造成的经济损失约为 1.8 万亿元，其中建相关产业损失约占总损失的 1/3～1/2，可达 6000～9000 亿元[14]。2015 年中国工程院计结果表明：我国钢筋锈蚀成本超过 2.1 万亿元，约占当年 GDP 的 3.34%[15]。

GFRP 筋混凝土框架结构振动台试验研究及有限元分析同样严重，上世纪 80 年代，青岛海边的一座 16 层混凝土建筑仅建成三年就因钢筋腐而导致结构失效，最终被迫全部拆除[11,12]。根据 2003 年《中国腐蚀调查报告》统计中国每年因腐蚀造成的经济损失约占 GDP 的 6%，与建筑相关产业约占其中的一半。此文献[13]进行估算，2008 年我国因腐蚀反应造成的经济损失约为 1.8 万亿元，其中建相关产业损失约占总损失的 1/3～1/2，可达 6000～9000 亿元[14]。2015 年中国工程院计结果表明：我国钢筋锈蚀成本超过 2.1 万亿元，约占当年 GDP 的 3.34%[15]。
【学位授予单位】：济南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU37

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本文编号：2642408