基于损伤释放弹性变形能的结构损伤评价

摘要

本文通过对配置HRB400高强钢筋的混凝土柱在低周反复荷载作用下的抗震性能的试验研究，对高强度钢筋混凝土柱的主要破坏形态、骨架曲线和滞回曲线进行分析。考虑混凝土强度、纵向配筋率对滞回特性、规则化骨架曲线、刚度退化、强度退化、延性和耗能性能的影响，得到刚度退化和强度退化与延性系数的关系。对高强度RC柱的试验结果进行分析，确定了高强度RC柱抗震损伤模型中的参数。结合构件的破损状态及其对应的损伤指数确立不同破坏等级所对应的损伤指数范围。 提出了描述钢筋混凝土(简称RC，下同)结构能量相关系数γ和卸载刚度修正系数ξ，用试验数据对其可行性加以探讨。分析了目前混凝土恢复力模型，直线型和曲线型卸载方法及卸载刚度和屈服时割线刚度等的研究现状，建立了卸载过程弹性变形能表达式，改进卸载刚度Ku表达式，劲性RC柱恢复力模型试验数据证明，在RC结构中引入ξ和γ系数，可以更好地描述和评价RC结构的动力卸载现象，弥补结构弹塑性时程分析中一般没有考虑卸载刚度与运动状态的相互影响的不足。 选取四个柱构件滞回曲线、延性试验数据，用试验数据探讨说明采用基于刚度退化三折线模型的结构损伤对外弹性变形能释放量函数和系统对外弹性变形能释放量为指标的考虑累积作用的结构损伤程度和延性评价模型的合理性和有效性，结合试验中观察到的破坏现象，说明了用损伤释放弹性变形能定义的损伤指数与试验破坏过程及其特征的吻合性，延性系数的计算数值与构件实际延性系数的一致性。 本文采用6层高强度RC框架结构为算例进行地震波输入下结构损伤的评价。引进损伤分析程序IDARC2D对框架结构在大震作用下进行动力分析，研究了高强度RC框架结构的抗震性能和损伤程度评价。采取加权系数组合法由构件损伤组合出层或结构整体损伤的方法比较合理，同时具有较好的适用性。比较修正高强混凝土Park&Ang损伤模型与基于IDARC损伤分析方法的损伤指标，表明探讨的损伤模型更适用于评价高强度RC结构。采用加权系数组合法和自振频率衰减法计算的损伤指数分布情况能较实际地反映结构整体的损伤情况。