防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架抗震性能及设计方法

发布时间：2018-10-24 12:27

【摘要】：地震作用下,抗震性能不足的既有钢筋混凝土结构容易发生严重破坏甚至整体倒塌,需要对其进行抗震加固以满足现行抗震规范的要求。传统抗震方法是通过主体结构构件的弹塑性变形耗散地震能量,但由于地震作用的不确定特性,地震作用下结构可能会发生严重破坏或倒塌。结构耗能减震技术弥补了传统抗震方法的缺点,把本来主要由主体结构构件耗散的地震能量转移给耗能减震阻尼器来消耗,从而大幅度地减轻主体结构构件的破坏或损伤。防屈曲支撑不仅有效地解决了普通支撑在罕遇地震作用下的受压屈曲问题,而且可以作为耗能减震阻尼器对主体结构起到被动控制的作用。防屈曲支撑引起了地震工程领域的学者和工程师的高度关注,但是目前对防屈曲支撑加固既有钢筋混凝土框架的研究比较少。本文主要研究防屈曲支撑加固混凝土框架的抗震性能及设计方法,主要研究内容及结论如下:(1)针对增设防屈曲支撑给主体混凝土框架带来的不利影响,采用了一种组合抗震加固方法,即采用防屈曲支撑对框架结构进行整体加固,用于提高结构的侧向强度、刚度和耗能能力,同时采用外包钢技术对增设支撑跨的柱子和梁柱节点进行局部加固,用于提高柱子的抗弯承载力和变形能力。从河北省图书馆一栋框架结构底层选取一榀框架作为试验模型。对1榀采用组合抗震加固方法加固和1榀未加固的单层、单跨1/2缩尺比例框架框架分别进行拟静力试验,来验证提出的组合抗震加固方法的有效性。试验结果表明,提出的组合加固方法能够有效防止框架的柱子和梁柱节点的局部破坏;防屈曲支撑显著地提高了框架的水平承载力和刚度,消耗了加载中输入加固框架中的大部分能量;外包钢有效地改变了主体框架的破坏模式。(2)基于Open Sees分析程序对防屈曲支撑加固钢筋混凝土框架抗震性能进行数值模拟。分别建立未加固框架和防屈曲支撑加固框架的数值分析模型,并将框架的模拟结果与试验结果进行比较,来验证建立的框架分析模型的准确性。数值模拟结果表明,模拟结果与试验结果吻合较好,建立的框架分析模型能够准确地模拟未加固框架和加固框架的抗震性能。(3)针对现行抗震设计规范对耗能减震结构的设计规定可能会明显提高结构的工程造价,提出一种基于最弱塑性铰的钢筋混凝土框架层间变形能力简化计算方法。首先定义了钢筋混凝土框架的层间变形极限状态;然后基于框架梁柱组合件的破坏型式,确定出层间最弱塑性铰;最终计算出框架相应的层间变形能力。实例分析和试验验证表明,框架的层间塑性变形能力主要取决于层间最弱塑性铰的塑性转动能力,提出的简化计算方法能够有效预测钢筋混凝土框架的层间变形能力。(4)揭示防屈曲支撑和节点板对主体框架构件变形能力的影响规律,并在此基础上提出了防屈曲支撑加固框架层间变形能力的简化计算方法。给出了罕遇地震作用下防屈曲支撑加固框架弹塑性层间变形需求的简化计算方法。基于防屈曲支撑整体加固时尽量避免对结构构件逐个进行局部加固的抗震思想,沿用抗震设计规范建议的二阶段设计法,提出了一种防屈曲支撑加固框架的实用设计方法。(5)对河北省图书馆一栋3层的既有钢筋混凝土框架结构做抗震加固设计,以验证提出的防屈曲支撑加固框架实用设计方法的有效性。多遇地震作用下原框架的底层和二层大量的柱子纵筋面积不足,弹性层间变形大于规范限值,罕遇地震作用下框架的弹塑性层间变形需求大于层间变形能力。为了避免对所有承载力不足柱逐个进行抗震加固所带来的高费用,采用提出的组合抗震加固方法对原框架结构进行抗震加固。加固框架抗震分析表明,结构构件的承载力和结构的层间变形均能够满足抗震要求。
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【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU375.4;TU352.11
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本文编号：2291418