基于C形壳构件的快速修复混凝土框架结构抗震性能试验研究

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震后的可恢复能力成为了衡量建筑结构抗震性能的新指标。城市在遭受地震后,次生灾害的损失往往远超地震的直接损害,如何在震后实现建筑功能的快速恢复,成为了国内外抗震领域中一个新的研究方向。混凝土框架结构在建筑功能布置上具有很大的灵活性,对于多数公共建筑,例如学校、商场、医院等,底层需要较大开间,上部结构存在密集的填充墙,刚度较大。历次震害表明,这类结构往往会出现底层柱端破坏的情况,上部结构震害较轻。对于以上存在明显薄弱底层的结构,本文提出一种以C形开口圆柱壳构件为核心的可恢复结构体系,将其布置在震害集中的结构底层,震后临时支撑上部结构,同时替换受损混凝土柱,实现结构的快速修复,使混凝土框架结构具备可恢复性能。针对以上问题本文所做的工作如下:(1)探究了C形壳构件的基础力学性能,包括抗侧承载能力及侧向大变形后的竖向承载能力,验证其能否在大震后对上部结构进行有效支撑。试验结果表明,C形壳构件在多次侧向加载后承载力无大幅衰减,具有良好的可恢复性能。侧向大变形后的轴压试验表明,C形壳构件仍然具有竖向承载能力。此外还对C形壳构件的几何因素对抗侧及轴压承载荷载的影响进行了研究,并拟合出相应的承载能力公式。(2)设计制作了三种不同底层高度的框架模型,进行模型振动台试验,以对比不同底层高度的框架模型在不同工况下的震害情况。试验结果表明,底层高3.3m的模型框架结构,破坏明显集中于底层。在该模型底层设置可恢复结构体系,进行框架与可恢复框架相同工况下的振动台对比试验,得到可恢复结构体系震中对结构的影响。(3)由试验可知,九度罕遇地震后,设置可恢复体系的框架结构,底层位移角已超出弹塑性位移角限值,C形壳构件未发生屈曲,可代替受损混凝土柱支撑上部结构。对于C形壳构件独立支撑的模型进行振动台试验,验证可恢复结构体系在震后的安全性能。结果表明,C形壳构件能够在层间位移角达到1/17的情况下,不发生屈曲,并能够安全、有效地支撑上部结构。在大震后可以对底层受损混凝土柱进行替换,实现结构使用功能的快速恢复。(4)运用ABAQUS软件,采用纤维杆单元建立混凝土框架模型,调用清华大学研发的FQ-FIBER子程序,对模型进行动力弹塑性分析,与试验的破坏结果进行对比。结果表明,各模型在不同地震工况下的破坏趋势与试验结果基本吻合,验证了有限元模拟方法及模型振动台试验的可靠性。
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