基于Pushover方法的外包钢加固钢筋混凝土框架结构抗震性能分析与评估

摘要

近年来,随着国内外建筑物加固改造行业迅速发展,钢筋混凝土外包钢加固法作为一种广泛应用且经济有效的加固方法成为研究的重要课题。以往对外包钢加固在构件层次的承载能力、抗震性能试验和理论研究较多,但针对结构整体弹塑性抗震能力的数值模拟、理论研究很少。
　　 本文论述了外包钢加固钢筋混凝土构件的受力机理,在箍筋约束混凝土模型的基础上,对外包钢加固混凝土的套箍效应进行了分析,为后续的抗震性能分析的混凝土本构关系提供依据。此外,综述了结构的抗震分析方法,系统介绍了弹塑性Pushover分析方法的基本理论、常见的侧向加载模式以及结构的抗震评估目标。
　　 结合工程实例,应用SAP2000有限元分析软件,分析了整体结构加固前后的动力特性,对结构加固前后的周期、频率等自振特征指标进行对比,发现自振周期变小。但从总体上来看,角钢加固底层柱对结构的整体自振周期影响不大。在八度抗震设防烈度下,对钢筋混凝土框架结构采用“均布加载”模式和“倒三角的分布加载”模式,用“能力谱法”进行Pushover静力非线性分析,研究了框架结构在八度罕遇地震下的目标位移、层间位移角、塑性铰等,对结构加固前后的抗震性能进行评估。结果表明:加载初期,外包角钢加固对结构初始刚度增加不多,结构承载能力得到了一些提高；随着侧向荷载进一步增加,结构整体刚度逐渐降低,相同位移时采用角钢加固框架柱后结构刚度明显得到提高；在罕遇地震作用下,结构达到性能点时进入弹塑性阶段,对底层柱外包角钢加固后,底层层间位移大大降低；对一、二层柱外包角钢加固后,一、二层的层间位移降低的同时,最大层间位移角的位置向上一层转移。因此,外包钢这种刚性加固适合于需要减小层间位移的加固工程。