FRP约束钢筋混凝土柱非线性阻尼研究

FRP加固混凝土已成为被广泛应用的工程结构加固技术。在进行FRP约束混凝土结构抗震分析时，一般取其阻尼系数与混凝土结构相同进行计算，这将使其动力分析结果的可靠性受到很大影响。由于机理尚不非常清楚，试验与理论研究复杂，对于FRP约束混凝土结构的阻尼目前国内外还没有专门研究、尚处空白。本课题针对FRP约束混凝土及损伤混凝土的非线性阻尼特性进行研究。首先采用试验方法测定 FRP约束钢筋混凝土柱的阻尼以及在水平反复荷载作用下的滞回耗能性能。然后研究了考虑初始损伤以及强弱约束条件下的FRP约束钢筋混凝土柱的滞回性能和阻尼耗能特性，建立了其非线性材料阻尼计算公式。基于所建的非线性阻尼模型，建立非线性阻尼系统的动力响应分析方法，对FRP约束钢筋混凝土结构的地震响应进行分析。同时本课题还研究了钢筋粘结滑移对FRP约束钢筋混凝土柱动力响应的影响，提出了相应的数值计算方法，并建立了FRP约束钢筋混凝土圆柱和方柱考虑钢筋粘结滑移的单位体积耗能公式，给出了非线性阻尼比取值方法。该项目的研究有助于非线性阻尼理论和FRP约束混凝土结构抗震分析理论的发展及应用，具有较大原始创新性和挑战性以及重要的工程实践意义。 2100433B

FRP加固混凝土已成为被广泛应用的工程结构加固技术。在进行FRP约束混凝土结构抗震分析时，一般取其阻尼系数与混凝土结构相同进行计算，这将使其动力分析结果的可靠性受到很大影响。由于机理尚不非常清楚，试验与理论研究复杂，对于FRP约束混凝土结构的阻尼目前国内外还没有专门研究、尚处空白。.本项目将针对FRP约束混凝土及损伤混凝土的非线性阻尼特性进行研究。首先采用试验方法测定FRP约束钢筋混凝土柱的阻尼以及在水平反复荷载作用下的滞回耗能性能。然后，基于申请者前期工作基础，研究考虑初始损伤以及强弱约束条件下的FRP约束钢筋混凝土柱的滞回性能和阻尼耗能特性，建立其非线性材料阻尼计算公式。基于所建的非线性阻尼模型，建立非线性阻尼系统的动力响应分析方法，对FRP约束钢筋混凝土结构的地震响应进行分析。该项研究有助于非线性阻尼理论和FRP约束混凝土结构抗震分析理论的发展及应用，具有较大原始创新性和挑战性。

为发挥现代结构材料的优势，实现多种结构材料的优化组合与新型结构体系创新，本项目开展PVC-FRP管钢筋混凝土柱的抗震性能研究。本项目的研究将为大型桥梁与城市高架桥的桥墩等提供新的结构体系等提供新的结构体系。 本项目以PVC-FRP管钢筋混凝土柱为研究对象，重点考虑FRP条带环箍间距、配筋率、配箍率、轴压比、剪跨比等因素对其抗震性能的影响，提出PVC-FRP管钢筋混凝土柱的相关计算方法。（1）开展竖向荷载作用下PVC-FRP管钢筋混凝土柱力学性能研究，提出PVC-FRP钢筋混凝土柱承载力、变形、荷载-位移关系、弯矩-曲率关系曲线的计算方法，建立偏压荷载作用下PVC-FRP管钢筋混凝土柱的应力-应变关系模型。（2）开展低周反复荷载作用下PVC-FRP管混凝土柱抗弯性能试验研究，深入研究PVC-FRP管钢筋混凝土柱在低周反复荷载作用下的受力性能与破坏机理，系统分析试验各因素对试件承载力、变形、滞回耗能以及抗震性能的影响.（3）开展低周反复荷载作用下PVC-FRP管钢筋混凝土柱抗剪性能试验研究，分析各因素对PVC-FRP管钢筋混凝土柱抗剪性能与抗震性能的影响，研究PVC-FRP管钢筋混凝土柱的破坏形态、抗剪机理、承载力、应变、延性和滞回曲线；（4）提出PVC-FRP管钢筋混凝土柱的抗弯承载力、抗剪承载力、延性系数和轴压比限值的计算方法，建立PVC-FRP管钢筋混凝土柱的恢复力模型。 2100433B

磁约束阻尼系统通过动态磁力与约束层、阻尼层和基本结构的耦合作用，对基本结构产生显著阻尼效应，从而实现有效的振动控制。本项目将针对板壳结构的特殊性，建立适用于减振分析的阻尼层本构模型、含有磁约束阻尼的板壳结构动力学模型，探索和建立有效的求解方法；深入研究各种关键因素与减振效果的关系和规律，建立参数选取优化方法；研究新型的阻尼层约束结构和磁约束方式，探索建立板壳结构磁约束阻尼的主、被动控制系统。磁约束阻尼系统与压电陶瓷、形状记忆合金、磁致伸缩元件等为机敏元件的系统相比，具有结构简单、易于实现，性能稳定可靠，控制作用效果强等优越性，是一种具有重要应用价值的人工阻尼系统；但目前在板结构中的应用探索还刚刚开始，而在壳体结构中的应用研究基础还基本是空白。本项目取得的成果，将为板壳结构磁约束阻尼系统的发展和应用提供有力的理论和技术支撑。 2100433B

钢管约束钢筋混凝土柱具有承载力高、抗震性能好、节点构造简单等优点，在高层建筑与大跨空间结构中得到了应用。目前国内外尚无关于方钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能的研究，更无设计规范或规程可供参考。因受力特点不同，方钢管约束钢筋混凝土柱不能套用钢筋混凝土柱或钢管混凝土柱的抗火研究成果。因此对方钢管约束钢筋混凝土柱抗火性能开展了试验研究与理论分析，并提出了相应的抗火设计方法。首先进行了方钢管约束钢筋混凝土柱足尺明火试验，实测了标准火灾作用下构件截面关键测点温度、轴向变形、柱顶转角、侧向变形、耐火极限和破坏模式，获得了荷载比和偏心距对火灾下构件变形和耐火极限的影响规律。建立了方钢管约束钢筋混凝土柱温度场和耐火极限的有限元分析模型，分析了荷载比、截面尺寸、偏心率等参数对温度场和耐火极限的影响规律，提出了标准火灾作用下钢管、钢筋与混凝土温度的计算方法与耐火极限的计算方法。实际结构中受火柱受到相邻构件的约束，受力机理和抗火性能与单体构件显著不同，因此分析了端部轴向约束与转动约束作用对构件抗火性能的影响。获得了轴向约束刚度比和转动约束刚度比对构件耐火极限的影响规律，提出了火灾下构件计算长度计算公式，以及考虑端部约束的方钢管约束钢筋混凝土柱抗火设计方法。本项目揭示了火灾下方钢管约束钢筋混凝土柱的工作机理，建立了方钢管约束钢筋混凝土柱的抗火设计方法，为该类构件的防火设计奠定了基础，进一步完善了钢管约束钢筋混凝土柱的设计理论。 2100433B