基于塑性转动机制的FRP筋混凝土框架节点抗震性能试验研究

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FRP(Fiber Reinforced Plastics)筋混凝土结构与钢筋混凝土结构相比,FRP筋混凝土结构存在延性性能较差,耗能能力较低的弊端,制约了FRP筋在具有抗震要求结构中的广泛应用。所以进行基于延性机制的FRP筋混凝土结构破坏机理及抗震性能研究工作,提出增强FRP筋混凝土框架结构的延性性能措施,对FRP筋混凝土结构工程应用具有重要的科学意义。本文开发了一种FRP筋塑性铰连接器,通过合理设计植入混凝土结构框架梁柱塑性铰区,不仅能够提高结构的延性,增强结构的抗震性能,而且可以提高结构耐久性。为此,设计、制作了植入“塑性铰”的FRP筋混凝土“T”型和“十”型框架节点试件,对其进行低周反复荷载拟静力试验,研究这种新型结构形式的抗震性能。并通过有限元建立模型进行分析,探讨了FRP筋混凝土框架结构的基于性能抗震设计的方法。具体的研究内容如下:1)提出了一种用于混凝土结构的FRP筋塑性铰连接器,阐述了设计和制备方法。对BFRP筋、GFRP筋、FRP筋塑性铰连接器进行了单轴拉伸试验,研究了BFRP筋、GFRP筋、FRP筋塑性铰连接器的力学性能,分析总结了其破坏形式、破坏特点以及应力-应变曲线的特点。2)设计并制作了钢筋混凝土、FRP筋混凝土、植入塑性铰连接器FRP筋混凝土框架节点试件,进行了低周反复荷载作用下框架节点试件的拟静力试验,研究其在相同加载制度和轴压比下框架节点的受力、变形和破坏过程,进而给出延性系数、能量耗散、强度退化、刚度退化等各项抗震性能指标,综合评价结构承载能力、变形能力、耗能能力、强度刚度退化等综合抗震性能。试验研究表明:植入FRP筋塑性铰连接器FRP筋框架节点滞回曲线饱满,变形能力、耗能能力、强度刚度退化等滞回性能与钢筋混凝土结构相近,明显优于FRP筋混凝土节点,具有优良的抗震性能。3)在钢筋混凝土塑性铰本构关系的基础上进行优化,提出了通过植入塑性铰连接器FRP筋混凝土塑性铰本构模型。通过SAP2000中的Pushover分析法来分析植入“塑性铰”的FRP筋混凝土框架结构,利用Pushover曲线分析其抗震性能,探讨FRP筋混凝土框架结构抗震设计方法。
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