【摘 要】
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纤维增强复合材料(FRP)以其轻质高效等优点被广泛应用于钢筋混凝土(Reinforced Concrete,简称RC)结构的加固和维修中,尤其是钢筋混凝土框架结构,对FRP加固后结构抗震性能的研究具有重要意义。本文通过建立基于Open Sees的数值分析模型,从梁柱节点构件到整体框架,对构件和结构进行数值模拟和损伤分析,系统研究FRP加固后结构的变形能力和抗震性能。建立模型时,综合考虑了结构的弯曲
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纤维增强复合材料(FRP)以其轻质高效等优点被广泛应用于钢筋混凝土(Reinforced Concrete,简称RC)结构的加固和维修中,尤其是钢筋混凝土框架结构,对FRP加固后结构抗震性能的研究具有重要意义。本文通过建立基于Open Sees的数值分析模型,从梁柱节点构件到整体框架,对构件和结构进行数值模拟和损伤分析,系统研究FRP加固后结构的变形能力和抗震性能。建立模型时,综合考虑了结构的弯曲变形、钢筋粘结滑移造成的上部变形和节点的剪切变形,采用零长度截面单元和Bond SP01材料定义钢筋的粘结滑移,Joing2D单元和Pinching4材料定义节点的剪切变形。普通钢筋约束混凝土和FRP约束混凝土本构分别通过Mander模型和Teng模型计算。考虑到结构在加载过程中出现强度和刚度的退化现象,本文在研究过程中采用了Reinforcing steel材料来定义钢筋,该材料能有效模拟结构的损伤行为,使模型更精确。损伤分析时,对于梁柱和节点构件采用的Park-Ang模型和Fatigue模型计算损伤,框架结构通过整体法计算损伤,主要的研究内容和结论如下:(1)梁柱构件的数值模拟和损伤分析结果表明建立模型能有效模拟试件的力-位移关系和退化现象,验证了模型的准确性。从对8个RC柱静力试验、RC柱振动台试验、FRP加固柱的静力试验和FRP加固柱振动台试验的模拟结果可知,所建立的模型能有效模拟试验的力-位移关系,采用Park-Ang损伤模型能有效评估试验的损伤过程,而Fatigue损伤计算的损伤指标偏小,综合考虑Park损伤要更合理。(2)对框架节点和FRP加固节点静力试验进行了数值模拟,模拟的滞回曲线与试验吻合较好,退化也能很好的预测,RC框架节点模拟的卸载刚度普遍比试验偏大,导致滞回耗能比试验偏大20%左右,FRP加固节点相对的误差较小。对节点进行损伤分析,采用Park-Ang损伤模型能有效评估节点的损伤行为。(3)RC框架和FRP加固框架的静力试验数值模拟表明,相比与无加固框架,FRP加固后结构的最大位移和延性增加,强度略微增大,但对结构的初始刚度影响不大,耗能能力也得到显著增强,结构的损伤分析表明结构在同级加载下,FRP加固框架的损伤比无加固较小,耗能能力更强,延性更好,能有效预防结构的倒塌。
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