FRP加固震损钢筋混凝土框架受力机理与抗震性能研究

本项目针对地震灾区存在的震损钢筋混凝土框架的加固问题，以玄武岩纤维增强复合材料作为加固材料，系统研究了FRP约束损伤混凝土、FRP加固震损钢筋混凝土柱以及FRP加固震损钢筋混凝土框架的力学及抗震性能，取得了如下研究成果：(1) 基于标准圆柱体的轴压试验，研究了损伤程度、FRP层数对FRP约束损伤混凝土柱轴压性能的影响规律，提出了考虑初始损伤的FRP约束混凝土强度模型、应变模型和应力—应变模型；(2) 基于OpenSees分析平台开发了FRP约束损伤混凝土材料模型，该模型可以应用于FRP加固震损钢筋混凝土柱、FRP加固钢筋混凝土框架的抗震性能分析；(3) 基于FRP加固足尺震损钢筋混凝土柱抗震性能试验，揭示了轴压比、残余位移、震损程度对FRP加固震损钢筋混凝土柱抗震性能的影响机理，验证了中等、严重震损钢筋混凝土柱经FRP加固后，延性和耗能能力均能得到显著提高，基于OpenSees分析平台建立了FRP加固震损钢筋混凝土柱的高精度有限元模型；(4) 完成了FRP加固震损钢筋混凝土框架振动台试验，研究了加固前后抗震性能的变化规律，验证了FRP用于震损结构加固的有效性，并提出了基于失效模式概念的FRP抗震加固设计方法，该加固方法可以将有薄弱节点框架的失效模式改善为强柱弱梁的失效模式；(5) 以OpenSees为分析平台完成了完好框架、震损框架和FRP加固震损框架结构的抗震性能分析，揭示了震损结构的失效概率明显大于完好结构，采用FRP加固后，震损结构的失效概率可以得到有效改善，并且具有可观的延性储备，对结构的抗震性能有利。在本项目的支持下，培养毕业硕士1人，在读硕士2人。共发表论文13篇，其中SCI检索论文8篇。 2100433B

钢筋混凝土框架在我国地震灾区的震损结构中占有重要比例，震损框架加固后在后续服役期的抗震性能研究成为亟待开展的课题。玄武岩纤维增强复合材料（BFRP）具有高性价比和环保的显著优点。以其为加固材料，本项目研究FRP加固震损框架的受力机理与抗震性能。首先，模拟实际震损结构加固时的状态开展BFRP加固震损柱和框架抗震性能的试验与理论研究，揭示震损程度、残余位移和轴压比对FRP加固震损柱及框架受力机理和抗震性能的影响规律，提出FRP加固震损柱的恢复力模型；其次，建立FRP加固震损框架的数值分析模型，研究震损框架加固后的地震反应特征与破坏机制；然后，基于地震危险性理论研究震损框架在后续服役期的地震需求参数计算方法，提出震损框架加固后抗震性能的分析方法；最后，提出震损框架基于性能的FRP抗震加固设计方法。本项目的研究对混凝土结构加固理论的完善和推动BFRP在实际震损结构抗震加固中的应用具有积极意义。

前言

第1章绪论

第2章外贴CFRP布加固木结构受力性能研究

第3章外贴碳－芳HFRP布加固木结构受力性能研究

第4章内嵌CFRP板（筋）材加固木结构受力性能研究

第5章FRP加固木结构的施工工艺

第6章FRP加固木结构的工程案例研究

第7章结语与展望

后记 2100433B

FRP材料与混凝土梁的粘结强度低，通常会造成FRP过早剥离破坏而使得加固效果不佳。HB-FRP加固技术作为一种新的粘贴技术，前期研究显示加固梁界面粘结强度比传统的外贴FRP高7.5 倍。不过对于HB-FRP 体系的作用机理还需要更为全面的理解来建立设计模型和指导公式。本项目以HB-FRP抗剪加固梁为研究对象，以常规FRP加固理论为研究基础，以HB-FRP加固体系的界面粘结性能和抗剪加固性能为研究重点，以模型试验和数值模型为研究手段，研究钢扣件间距及个数对HB-FRP的有效粘结长度和粘结强度的影响，探讨抗剪加固时钢扣件竖向分布间距和FRP间距对梁抗剪性能的影响,提出FRP平均应力分布系数计算方法。探明HB-FRP的加固机理，揭示HB-FRP加固后梁的延性、承载能力变化规律，建立HB-FRP加固设计计算方法。研究成果将为HB-FRP加固在工程上的应用提供科学依据，具有重要的理论和工程应用价值。

采用FRP对抗震性能不足的混凝土柱进行性能升级或修复已经成为当前工程结构抗震加固领域中的主要手段。目前绝大多数针对FRP约束加固混凝土柱的抗震性能研究是在无带载条件情况下进行的，不能很好地反映原位带载约束加固引起的二次叠合受力效应对加固效果的不利影响。本项目拟针对带载条件下FRP约束混凝土柱的动力特性展开大量的试验研究和理论分析工作，研究工作分抗震性能升级和抗震修复加固两种情况进行。研究在有无预损伤的情况下，混凝土柱的强度、刚度、延性、累积滞回耗能和损伤等参数的演化规律，建立考虑带载效应的FRP约束加固柱的恢复力模型，为FRP带载约束混凝土结构整体性能的分析和评定提供必要条件；引入Park和Ang提出的地震损伤模型并结合三水准性能设计框架，建立基于地震损伤性能的FRP带载约束加固混凝土的设计方法，该方法概念清晰，可更好地体现FRP约束加固的实际效果，以保证混凝土柱具有足够的抗震可靠度。 2100433B