酸性大气环境下RC框架剪力墙结构抗震性能与地震韧性评估

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dawulitao
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位于酸性大气环境中的钢筋混凝土(Reinforced concrete,RC)结构不仅长期面临地震灾害的威胁,还同时遭受环境中氢离子、硫酸根离子和硝酸根离子等侵蚀作用影响,导致混凝土及其内部钢筋发生不同程度的腐蚀,引起混凝土保护层开裂脱落、钢筋截面削弱以及钢筋与混凝土之间粘结性能退化等问题,导致RC建筑结构抗震性能降低、地震韧性衰退和地震灾害风险增加。目前,该问题已得到国内外学者的广泛关注,亦取得了一定的研究进展。然而,国内外关于酸性大气侵蚀环境下RC结构耐久性和抗震性能交叉领域的研究较为滞后,无法为该环境下RC结构地震韧性评估提供科学理论支撑。因此,为减少酸性大气环境下地震灾害造成的人员伤亡和财产损失,开展该环境下RC结构抗震性能与地震韧性评估研究十分必要和迫切。本文以酸性大气环境下腐蚀RC剪力墙构件抗震性能为切入点,进而延伸至以RC剪力墙为主要抗侧力构件的RC框架剪力墙结构地震韧性研究,主要工作与结论如下:(1)采用人工气候环境腐蚀技术模拟酸性大气环境,对9片不同设计参数下RC剪力墙试件进行不同循环次数的加速腐蚀试验,继而进行拟静力加载试验。试验结果表明:酸性大气环境侵蚀将显著影响RC剪力墙破坏过程与模式,削弱其承载力、变形、耗能和刚度等抗震性能,同时,不同设计参数下的RC剪力墙抗震性能随腐蚀程度退化规律不同。(2)基于既有耐久性研究成果对单元中混凝土与钢筋本构关系进行考虑腐蚀影响的修正,继而基于本文试验数据对二维RC板本构(FSAM)中的抗剪参数予以重新标定,对腐蚀后钢筋粘结滑移本构予以修正,并基于应变渗透理论模拟腐蚀后界面间的粘结滑移效应,最终提出了酸性大气环境下腐蚀RC剪力墙数值建模方法,并基于试验数据验证了其准确性。(3)采用随机森林算法对RC剪力墙抗震试验数据集进行挖掘学习,提出了RC剪力墙破坏模式高效识别方法,并基于腐蚀RC剪力墙试验结果验证了其准确性与适用性。结合破坏模式识别技术与腐蚀RC剪力墙数值模拟方法,对不同破坏模式下的2304个腐蚀RC剪力墙进行数值模拟试验,继而基于模拟数据对既有RC剪力墙抗剪承载力公式进行修正,最终提出了酸性大气环境下不同破坏模式RC剪力墙抗剪承载力计算公式。(4)通过工程实测与理论分析,建立了酸性大气环境下混凝土腐蚀程度与钢筋锈蚀程度的经时概率模型与腐蚀RC构件的破坏状态划分方法;考虑材料强度变异性与腐蚀程度不确定性,建立了不同服役时间与设计参数下的RC框剪结构主要结构构件数值模型;结合本文数值模拟方法与最大似然估计和假设检验的统计分析方法,获得了各构件不同服役时间与损伤状态下的层间位移角概率分布统计参数,进而建立了酸性大气环境下RC框剪结构主要结构构件基于威布尔累积概率分布的易损性模型。(5)建立了酸性大气环境下RC框剪典型结构,继而采用基于IDA分析方法,获得了不同强度地震作用下典型结构地震响应;修正《建筑抗震韧性评价标准》中的损失与恢复分析方法,结合腐蚀RC构件易损性模型,得到了不同地震动下各典型结构的经济损失和恢复时间分布;进而,以经济损失标定功能损失并建立功能恢复模型,绘制了典型结构功能-时间-强度韧性曲面。最终,建立了可用于表征不同强度地震作用下腐蚀RC框剪结构综合地震韧性的定量评估框架,并据此得到了酸性大气环境下RC框剪结构地震韧性随服役时间与层数的变化规律。
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