锈蚀钢筋混凝土柱的非对称恢复力模型与参数识别研究

摘要

钢筋混凝土（RC）柱是桥梁、建筑等工程结构的重要承重构件。受到混凝土碳化、氯盐侵蚀等环境作用的影响，RC柱在使用一定年限后时常发生不同程度的钢筋锈蚀。钢筋锈蚀不仅会减小纵筋和箍筋的有效承载面积，而且锈胀会引起混凝土保护层开裂和脱落，进而降低RC柱的抗震承载力、延性和耗能能力。由于混凝土开裂、钢筋-混凝土粘结滑移以及钢筋不均匀锈蚀等因素的影响，锈蚀RC柱在往复荷载作用下时常表现出明显的刚度退化、强度退化、捏拢效应以及非对称性等滞回特性。因此，建立一种能够综合考虑锈蚀RC柱上述典型滞回特性的非对称恢复力模型，对于锈蚀RC柱的非弹性地震动力反应分析和抗震性能评估具有重要意义。鉴于此，本文重点围绕锈蚀RC柱的非对称恢复力模型及其参数敏感性分析和参数识别开展研究，主要研究内容包括:
　　(1)基于对称的Bouc-Wen-Baber-Noori(BWBN)模型，通过在非线性滞回位移与非线性相对侧向位移的微分函数关系中引入描述非对称滞回性质的形状控制参数，建立了一种能够有效描述锈蚀RC柱的强度退化、刚度退化、捏拢效应等典型滞回特性的非对称BWBN模型，为后续锈蚀RC柱非对称恢复力模型的参数敏感性分析与参数识别提供了基础。
　　(2)基于锈蚀RC柱的拟静力往复加载试验数据，分别利用局部参数敏感性分析的单次单因子法（One-factor-at-a-time method，简称OAT法）和全局参数敏感性分析的Sobol法，对锈蚀RC柱的非对称BWBN模型参数的敏感性进行了分析，进而确定了各模型参数的局部和全局敏感性的大小排序，为非对称BWBN模型待识别参数的遴选提供了判别准则。
　　(3)结合微分进化算法(Differential Evolution Algorithm，简称DE算法)，提出了一种锈蚀RC柱非对称BWBN模型参数的高效识别方法，从而能够根据拟静力往复加载试验数据确定锈蚀RC柱的非对称BWBN模型参数，进而为锈蚀RC柱的非弹性地震动力反应分析和抗震性能评估提供基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 非弹性恢复力模型的研究现状

1．2．2 锈蚀RC柱恢复力模型的研究现状

1．2．3 恢复力模型参数识别的研究现状

1．3 主要研究内容

1．4 主要创新点

第二章 锈蚀钢筋混凝土柱的非对称BWBN模型

2．1 引言

2．2 对称BWBN模型

2．2．1 对称BWBN模型的微分方程

2．2．2 对称BWBN模型的数值解法

2．3 非对称BWBN模型

2．3．1 非对称BWBN模型的微分方程

2．3．1 非对称BWBN模型的数值解法

2．4 非对称控制参数对滞回曲线的影响

2．5 对比验证与分析

2．6 小结

第三章 锈蚀RC柱非对称BWBN模型的参数敏感性分析

3．1 引言

3．2 参数敏感性分析的基本方法

3．2．1 局部敏感性分析的OAT法

3．2．2 全局敏感性分析的Sobol法

3．3 非对称BWBN模型的参数敏感性分析

3．4 小结

第四章 锈蚀RC柱非对称BWBN模型的参数识别

4．1 引言

4．2 参数识别的微分进化算法

4．2．1 初始化种群

4．2．2 变异过程

4．2．3 交叉过程

4．2．4 选择过程

4．3 非对称BWBN模型的参数识别

4．3．1 参数识别的基本原理

4．3．2 DE算法的控制参数

4．4 对比验证与分析

4．5 小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间完成的学术论文

攻读硕士学位期间参与的科研项目