基于Pushover分析的FRP筋混凝土框架结构性能化抗震设计方法研究

摘要

目前，我国虽在抗震设计规范中提出了性能化的抗震设计理论，但在工程中的实际应用较少，尚处于起步阶段，且主要应用于钢筋混凝土结构中。FRP筋作为钢筋的一种替代品，具有质量轻、强度高、耐腐蚀等优良特性备受土木工程界关注，但存在延性性能差的缺点，用于混凝土结构中会出现突然的结构失效。现阶段，国内外对于FRP筋混凝土结构的延性性能研究较多，但主要集中在单个构件，特别是FRP筋梁、柱延性性能的研究，对于FRP筋混凝土框架结构的延性及抗震性能研究相对较少。因此开展对FRP筋混凝土框架结构进行抗震性能研究是非常有必要的。
　　本文根据FRP筋的力学性能，对FRP筋混凝土框架结构的抗震性能进行了分析研究，依据FRP筋混凝土框架结构受力变形过程及破坏特特征，开发出一种用于混凝土结构的FRP筋塑性铰连接器，植入FRP筋混凝土框架结构中，在FRP筋混凝土框架结构中引入了延性，期待提高结构的抗震性能。进而参照美日等国家基于性能的抗震设计理念，以我国建筑抗震设计规范中的建筑抗震性能化设计为基础，以基于性能的Pushover分析方法为手段，提出一种基于性能的FRP筋混凝土框架结构的抗震设计方法。
　　本文采用有限元软件，建立植入FRP筋塑性铰连接器的FRP筋混凝土框架有限元模型，运用不同方向上倒三角分布、均匀分布四种水平荷载模式对结构进行Pushover分析，得到 Pushover曲线，通过结构的层间位移角、塑性铰发展规律、塑性铰分布规律、能力谱曲线对结构进行抗震性能分析，得出该结构的承载力与抗震性能指标均能满足我国抗震设计规范的要求，并且该结构的耗能能力与未植入FRP筋塑性铰连接器的FRP筋混凝土框架相比，有了很大的提升，而且塑性铰的出现为该结构引入了延性，最终使得该结构能够达到抗腐蚀，具有良好的延性和耗能能力的性能目标。据此，总结出了FRP筋混凝土框架结构的性能化抗震设计的方法，优化了FRP筋混凝土框架结构抗震设计的步骤，为今后FRP筋在混凝土结构中的应用提供了一种新的思路。

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第一章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 结构抗震设计理论的发展过程

1.3 基于不同的抗震设计方法进行结构抗震设计

1.4 FRP筋在土木工程领域中的应用

1.5 本文的主要研究内容及意义

第二章 性能化抗震设计理论研究

2.1 性能化抗震设计的背景与含义

2.2 性能化抗震设计发展的国际概况

2.3 性能化抗震设计的优点

2.4 性能化抗震设计与传统设计方法之间的关系

2.5 性能化抗震设计的目标

2.6 性能化抗震设计和技术开发

2.7 本章小结

第三章 静力弹塑性理论介绍

3.1 概述

3.2 Pushover分析法的国内外发展史

3.3 静力弹塑性分析（Pushover）法的理论基础[49,50]

3.4 Pushover分析的常用方法能力谱法介绍

3.5 本章小结

第四章 FRP筋混凝土框架的抗震性能及用于混凝土结构

4.1 FRP筋的力学性能

4.2 FRP筋混凝土框架结构抗震性能

4.3 用于混凝土结构FRP筋塑性铰连接器[66]

4.4 本章小结

第五章 植入FRP筋塑性铰连接器的FRP筋混凝土框架有限元模型

5.1 有限元法简介

5.2 SAP2000简介

5.3 植入FRP筋塑性铰连接器的FRP筋混凝土框架有限元模型的建立

5.4 本章小结

第六章 结构的Pushover分析及抗震性能评价

6.1 底部剪力-顶点位移曲线

6.2 结构层间位移角

6.3 结构抗震性能分析

6.4 结构塑性铰分析

6.5 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

附录