基于损伤监测的装配式框架结构震后性能评估

发布时间：2020-08-04 20:58

【摘要】：装配式建筑的抗震性能一直是近来研究的重点,装配式框架结构由于地震作用而导致损伤,构件的强度和刚度等力学性能因损伤而发生不同程度的退化。在地震作用下,虽然结构的抗震能力有所下降,但这并不意味着结构就失效破坏,结构尚存在一定的残余承载力。对于遭遇地震作用后没有倒塌且具有适修性的结构,若将它们推倒重建,不仅影响人们的正常工作和生活,更造成了巨大的经济浪费,正是由于国内地震的多发性以及大部分震损结构在修复后可继续使用,因而装配式钢筋混凝土框架结构震后性能的评估十分必要。本文研究工作是在国家“十二五”科技支撑计划(2015BAK14B02-6)“基于结构损伤监测的高层建筑震后性能评估方法”的资助下展开了以下的主要研究:(1)中性轴作为结构的特性之一,其测量较为容易且具备损伤定量判定的能力,已经相继在钢结构、盾构隧道以及桥梁中得到应用。本文将中性轴这一结构特性引入到装配式框架节点的损伤评估中,建立了基于中性轴移动的装配式框架节点损伤评估理论。评估理论的核心原理是通过测量,确定塑性铰区的平均中性轴位置,按照平截面假定原理进而得到塑性铰区的平均曲率,然后通过塑性铰的转动程度来定义塑性铰的损伤程度,进而评估装配式框架构件的性能。(2)建立装配式框架中节点有限元模型和两个装配式框架中节点的拟静力实验,应用有限元的分析结果和节点实验的分析结果,从有限元和试验的角度对比分析本文评估理论评估结果和基于变形、刚度、能量的单参数损伤评估理论以及传统的双参数损伤评估理论的评估结果,验证了本文损伤评估理论的可靠性。(3)本文提出了一种装配式框架整体的损伤评估理论,即先通过装配式框架层间最弱塑性铰进行框架各层的损伤量化,同时考虑框架各层的权重系数最终通过损伤加权得到装配式框架整体的损伤。评估理论的主要步骤是:①根据梁端和柱端的抗弯承载力比来判定梁柱组合体的出铰方式;②计算框架结构各个楼层各个塑性铰的塑性转动能力;③确定各个楼层的最弱塑性铰;④根据最弱塑性铰的转动程度来进行各层框架的损伤量化;⑤采用层间加权法,进行损伤加权得到装配式框架整体的损伤量;⑥根据装配式框架整体损伤量并结合相应的框架破坏等级分类标准来确定结构的损伤等级。(4)通过建立两层两跨现浇柱预制梁框架有限元模型和参考现有文献中的两层两跨现浇柱预制梁框架拟静力实验,分别从有限元和试验的角度对比分析结果,验证了本文损伤评估理论的可靠性。
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU352.11;TU317
【图文】：

图１－５技术路线图逡逑１．３．２．３主要创新点逡逑（１）本文提出了基于中性轴移动的装配式框架节点评估理论。将中性轴引逡逑入到装配式框架节点的损伤评估理论中，其测量成本低并且具备损伤定量判定的逡逑能力方便在工程中应用。常见的构件层次的损伤评估理论，无论是基于变形、刚逡逑度、和能量的单参数损伤评估理论或基于最大变形与累积滞回耗能相互组合的多逡逑参数损伤评估理论，其参数都或多或少的需要实验和有限元来测定，导致其在工逡逑程应用上有一定的局限性。而以中性轴作为损伤参数除了可以解决上述局限性以逡逑夕卜，还可以全程表现构件的损伤。逡逑（２）本文提出了基于层间最弱塑性铰的层间损伤评估理论。从构件水平上逡逑考虑结构的整体损伤最简单的做法是将构件的损伤值进行加权处理，但各构件的逡逑权重系数确定比较麻烦而且权重系数选择的主观性较强，最主要的是这种方法不逡逑能合理的说明损伤的局部集中，因为需要进行加权组合那么就会出现结构实际已逡逑经破坏而理论计算确未破坏的不合理现象。而本文的基于层间最弱塑性铰的层间逡逑

２．１．１中性轴的概念及测量方法逡逑中性轴，即在平面弯曲和斜弯曲情形下，正截面方向上正应力等于零的轴线，逡逑也是受拉区和受压区的分界线。以图２－１所示的混凝土梁截面为例，中性轴是梁逡逑上受拉区和受压区的分界面。逡逑厂一受压区厂＿受压区％逦厂一受珥…邋？逡逑／了＿？遂；囊’邑逡逑＼逦＜Ｔ／逦Ｖ邋ａｔ＝ｆｆｙ逦Ｖ逦0■／＝0＞逡逑ｋ受拉Ｅ逦损伤区逦受拉区逡逑图２－１截面中性轴位置与结构损伤关系示意图逡逑从图２－１可知，当梁全截面处于弹性状态时（即最大压应力和最大拉应力都逡逑小于屈服应力），无论弯矩如何增加，中性轴高度始终不变，当弯矩过大使部分逡逑梁截面进入塑性时，中性轴将往受拉侧运动，即受压区高度将减小。由此可知损逡逑伤发生后，中性轴高度会上移，且随着损伤程度的不断增加，中性轴的位置越发逡逑向受压区移动，即中性轴高度和截面损伤呈一一对应关系，以中性轴的位置进行逡逑损伤的定量判定具有可行性。逡逑中性轴作为结构的基本特性之一其测量较为容易，测量成本低且方便在工程逡逑中应用。中性轴是截面受拉区和受压区的分界线，故可以通过应变片测定构件的逡逑应变分布然后通过平截面假定来确定中性轴的相对位置。主要通过测量混凝土表逡逑面的应变（如图２－２所示）和钢筋的应变（如图２－３所示）来实现

图２－２混凝土应变片布设图

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本文编号：2781071