RC柱考虑剪切作用的抗震性能和残余变形研究

摘要

针对地震中许多钢筋混凝土柱、桥墩和桩等压弯构件出现弯剪（或剪切）破坏的现象及我国现行规范中结构（或构件）抗震设计方法不完善的问题，如缺少针对弯剪破坏柱的受力分析模型、未明确给出震后结构性能评估方法及可修复性方面的要求等，本文就不同加载模式下弯剪破坏钢筋混凝土柱的抗震性能退化机理、剪切作用对柱抗震性能影响及柱震后残余变形计算等方面进行了研究，主要包括以下几个方面:
　　1.对10组（20根）不同剪跨比和配箍率的钢筋混凝土柱试件分别进行单调和低周反复加载试验，研究了两种加载方式对柱地震破坏模式、水平承载力及变形性能等的影响。结果表明，与单调加载相比，反复加载下柱的抗剪承载力和刚度随变形增加退化更明显，易发生以剪切为主的破坏（弯剪破坏或剪切破坏）;柱的变形能力在反复加载下因滞回耗能和损伤累积会产生循环退化效应，且随加载循环次数的增多和位移幅值的增大趋于明显，尤其是在峰值荷载后;基于本文试验结果分析，提出了弯剪破坏钢筋混凝土柱单调荷载-变形曲线与反复荷载滞回曲线包络线之间关系的分析模型。
　　2.基于本文试验结果，同时考虑弯曲、滑移及剪切变形分量对弯剪破坏钢筋混凝土柱总侧向变形的影响，提出了弯剪破坏柱屈服点、峰值点及破坏点3个受力特征点对应水平荷载和变形的计算模型，并据此提出了弯剪破坏柱荷载-变形关系（曲线）的简化计算方法。
　　3.基于弯剪破坏钢筋混凝土柱的受力特点，并结合对已有柱抗震性能试验数据的分析，在传统的纤维分析模型（弯曲变形分析模型）和滑移变形分析模型基础上采用修正公式考虑剪切作用影响，提出了适用于地震作用下弯剪破坏柱荷载-变形关系全过程分析的实用方法。
　　4.基于弯剪破坏钢筋混凝土柱滞回特性及试验结果的分析，建立了弯剪破坏柱等效阻尼比计算模型;利用该模型建立柱地震反应的“需求曲线”，并采用研究内容(3)提出的方法建立柱的“能力曲线”，提出了考虑剪切作用影响的钢筋混凝土柱最大地震位移反应分析方法。
　　5.基于对多条地震波作用下单自由度(SDOF)体系弹塑性地震响应（最大弹塑性变形和残余变形）的统计分析，研究了自振周期、刚度比、相对屈服力系数、峰值地面加速度及滞回模型对结构地震残余变形的影响;同时结合理论分析，建立了基于概率的钢筋混凝土柱（构件）地震残余变形计算模型。

目录

声明

摘要

图目录

表目录

主要符号表

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外相关研究进展

1.2.1 钢筋混凝土柱震害及地震破坏模式

1.2.2 钢筋混凝土柱地震破坏模式判别方法

1.2.3 不同加载方式对钢筋混凝土柱抗震性能的影响

1.2.4 考虑剪切作用的钢筋混凝土柱变形性能

1.2.5 钢筋混凝土结构（构件）地震残余变形

1.3 现有研究存在的问题

1.4 本文主要研究内容

2 单调和反复加载下弯剪破坏钢筋混凝土柱变形性能试验研究

2.1 引言

2.2 钢筋混凝土柱单调和反复加载试验

2.2.1 试件设计与材料特性

2.2.2 试验加载及变形量测

2.3 试验结果及分析

2.3.1 破坏模式及试验现象

2.3.2 荷载-变形曲线

2.3.3 承载力和延性

2.4 单调和反复加载下弯剪破坏柱荷载-变形曲线差异性分析

2.4.1 简化荷载-变形曲线

2.4.2 荷载-变形曲线的特征点

2.5 本章小结

3 弯剪破坏钢筋混凝土柱荷载-变形关系简化计算模型

3.1 引言

3.2 柱侧向变形组成及各变形分量变化规律

3.2.1 总侧向变形组成

3.2.2 各变形分量变化规律

3.3 柱侧向变形计算

3.3.1 弯曲变形计算

3.3.2 滑移变形计算

3.3.3 剪切变形计算

3.4 弯剪破坏柱荷载-变形关系简化计算

3.4.1 弯剪破坏柱各特征点的确定

3.4.2 计算结果与试验结果比较

3.5 本章小结

4 考虑剪切作用的钢筋混凝土柱荷载-变形关系全过程分析

4.1 引言

4.2 柱荷载-弯剪变形关系分析

4.2.1 基本方法

4.2.2 纵筋屈服前剪切变形计算

4.2.3 纵筋屈服后剪切作用影响修正

4.2.4 模型验证

4.3 钢筋混凝土柱荷载-弯剪变形关系的进一步简化

4.3.1 基本方法

4.3.2 修正公式建立

4.3.3 与试验结果比较

4.4 本章小结

5 基于Pushover方法的弯剪破坏钢筋混凝土柱抗震性能分析

5.1 引言

5.2 弯剪破坏柱等效阻尼比确定

5.2.1 能力谱分析方法及等效阻尼比计算

5.2.2 弯剪破坏柱等效阻尼比计算模型

5.2.3 弯剪破坏柱等效阻尼滞回环卸载及再加载刚度确定

5.3 基于能力谱法的弯剪破坏柱抗震性能分析

5.3.1 分析模型及荷载-变形曲线计算

5.3.2 位移反应谱及抗震性能评估

5.3.3 考虑剪切作用的柱抗震性能影响因素分析

5.4本章小结

6 钢筋混凝土柱地震残余变形分析

6.1 引言

6.2 单自由度(SDOF)体系弹塑性地震响应分析

6.2.1 单自由度(SDOF)体系计算模型

6.2.2 滞回模型

6.2.3 地震动输入及弹塑性时程分析

6.3 单自由度(SDOF)体系地震残余变形统计分析

6.3.1 计算模型参数选取

6.3.2 地震残余变形统计分析方法

6.4 单自由度(SDOF)体系地震残余变形概率模型

6.4.1 体系残余变形与最大弹塑性变形比的统计参数和概率分布

6.4.2 基于概率的地震残余变形计算模型

6.4.3 结构残余变形分析及震后可修复性评估实例

6.5 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 创新点摘要

7.3 展望

参考文献

附录

攻读博士学位期间科研项目及科研成果

致谢

作者简介