碳纤维加固非延性钢筋混凝土框架的抗震分析与概念设计

摘要

非延性钢筋混凝土框架是指没有进行抗震设计、仅用来承担竖向荷载和风荷载，或由于抗震设计规范的修订而不能满足目前抗震要求的现役钢筋混凝土框架结构，这类结构由于缺乏足够的延性和耗能能力，在罕遇地震作用下存在着极高的倒塌风险，急需抗震加固才能继续使用。
　　本文对不同高度非延性钢筋混凝土框架结构进行了碳纤维加固前后的弹塑性静、动力抗震分析，在此基础上提出碳纤维抗震加固非延性钢筋混凝土框架结构的概念设计原则，为进一步提出碳纤维抗震加固此类框架结构的量化设计方法奠定基础，对完善和发展我国混凝土结构加固设计规范具有重要意义。本文主要研究工作如下：
　　1.结合Perform-3D有限元分析软件，分别建立了伪静力与振动台Benchmark试验的有限元模型，通过与试验结果的对比分析，验证了本文在Perform-3D中建模及弹塑性静、动力分析过程的正确性与适用性；
　　2.为探讨不同高度非延性钢筋混凝土框架结构采用碳纤维片材加固后的抗震性能，用PKPM按不考虑抗震设防的原则设计了五层（低层）、十层（中层）、十五层（高层）钢筋混凝土框架结构；在Perform-3D非线性分析软件中实现了碳纤维加固前后框架结构的有限元模型，采用弹塑性静力Pushover方法和动力时程反应分析方法，对加固前后框架结构的抗震性能进行分析与评价；
　　3.通过加固前后不同高度框架结构的抗震性能分析，对比多种加固方案的抗震加固效果，提出碳纤维抗震加固非延性钢筋混凝土框架结构的概念设计原则：碳纤维加固框架梁、构件柱对结构的初始弹性刚度影响很小，但可以提高结构的承载力和延性；加固后存在结构薄弱层转移的现象，结构的失效模式可能改变；碳纤维加固低层框架时加固效果最好，加固中、高层框架时的抗震性能提高不如加固低层框架时明显；对于低层框架结构，仅加固框架柱就能大幅提高结构的抗震性能，同时加固框架梁、柱与仅加固框架柱的效果相当；而对中、高层非延性框架结构，只加固框架柱并不能有效地提高结构的抗震性能，需要同时加固框架梁和框架柱才能更好地提高结构的抗震性能。

目录

碳纤维加固非延性钢筋混凝土框架的抗震分析与概念设计

SEISMIC ANALYSIS AND CONCEPT DESIGN OF NON-DUCTILE RC FRAMES RETROFITTED BY CFRP

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状与分析

1.2.1 碳纤维加固混凝土框架结构的试验研究

1.2.2 碳纤维加固混凝土框架结构的理论分析

1.3 本文主要技术路线

第2章 基于Perform-3D的弹塑性分析方法及验证

2.1 引言

2.2 Perform-3D非线性分析软件

2.2.1 建模过程

2.2.2 分析阶段

2.2.3 结果查看与性能评估

2.3 分析结果与试验结果的比较验证

2.3.1 伪静力试验

2.3.2 振动台试验

2.4 本章小结

第3章 非延性框架结构的设计及有限元建模

3.1 引言

3.2 非延性框架结构的设计

3.2.1 低层钢筋混凝土框架

3.2.2 中层钢筋混凝土框架

3.2.3 高层钢筋混凝土框架

3.3 有限元建模

3.3.1 材料本构

3.3.2 地震波的选取

3.3.3 建模分析过程中遇到的问题

3.4 本章小结

第4章 碳纤维加固低层非延性框架的抗震性能分析

4.1 引言

4.2 加固前低层框架的抗震性能分析

4.2.1 弹塑性静力Pushover 分析

4.2.2 弹塑性动力时程分析

4.3 不同加固方案下低层框架的抗震性能分析

4.3.1 工况一

4.3.2 工况二和工况三

4.3.3 工况四至工况六

4.4 本章小结

第5章 碳纤维加固中层非延性框架的抗震性能分析

5.1 引言

5.2 加固前中层框架的抗震性能分析

5.2.1 弹塑性静力Pushover分析

5.2.2 弹塑性动力时程分析

5.3 不同碳纤维加固方案下中层框架的抗震性能分析

5.3.1 工况一

5.3.2 工况二和工况三

5.3.3 工况四

5.3.4 工况五和工况六

5.4 本章小结

第6章 碳纤维加固高层非延性框架的抗震性能分析

6.1 引言

6.2 加固前高层框架的抗震性能分析

6.2.1 弹塑性静力Pushover分析

6.2.2 弹塑性动力时程分析

6.3 不同碳纤维加固方案下高层框架的抗震性能分析

6.3.1 工况一

6.3.2 工况二和工况三

6.3.3 工况四至工况六

6.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢