FRP筋混凝土框架结构振动台试验设计及抗震性能分析

来源 :济南大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:renj19861123
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目前,国内外FRP(Fiber Reinforced Polymer)筋混凝土结构方面的研究主要集中在构件方面,有关FRP筋混凝土框架整体抗震性能方面的研究较少。而且对FRP筋混凝土框架的抗震性能的研究多采用拟静力试验方法及有限元分析,缺少动力方面的研究分析。因此,开展FRP筋混凝土框架结构在地震等动荷载作用下的抗震性能的研究非常必要。振动台试验方法是结构抗震试验方法中最直接有效的动力试验方法,它可以真实地再现地震过程,用以研究结构的地震反应、破坏机理、抗震性能等,是目前应用最为广泛的一种结构抗震试验方法。本文主要研究内容是在分析FRP筋力学性能、FRP筋混凝土结构抗震性能方面文献基础上,进行FRP筋的力学性能试验和混凝土材性试验,拟定FRP筋混凝土框架结构振动台抗震试验方案。根据相似关系进行了1/4缩尺的FRP筋混凝土框架结构模型设计及模型制作,并进行模型结构的配重布置、量测结构布置等,为进行振动台试验做好前期的准备工作。进而,应用SAP2000有限元分析软件建立FRP筋混凝土框架结构试件的有限元模型,选取4条地震波,对其进行共52个工况的动力时程分析,包含单向地震输入、双向地震输入和三向地震输入。得到结构在不同地震波、不同加速度幅值下的加速度反应、位移反应、结构动力特性。并依据现有抗震规范以层间位移角为评价指标,对结构抗震性能进行评价,同时为后续的震动台试验提供理论支持。通过对试验模型数值模拟分析,主要得出以下结论:(1)从加速度响应来看,模型结构各楼层的最大加速度基本呈倒三角分布,顶层的加速度响应最大;同一加速度峰值下,汶川地震波引起的加速度响应最大,说明模型结构的最大地震响应不仅取决于输入地震动的加速度峰值,还取决于地震波的频谱特性;竖向地震波的加入,对模型结构在X、Y向的水平地震作用影响不大。(2)从位移反应看,同一加速度峰值下,汶川波引起的楼层位移最大,其次是兰州人工波,再次EL-Centro波,Taft波激励下的模型结构楼层位移最小。说明模型结构的最大位移反应不仅与输入地震动的加速度峰值有关,还与地震波的频谱特性有关;同一地震波作用下,加速度峰值越大,模型结构楼层位移反应也越大,说明结构刚度逐渐下降,变形逐渐增大;竖向地震作用的输入,对结构水平位移反应影响甚微。(3)从结构刚度看,一层柱抗侧刚度较二、三层的刚度小,在地震作用下最容易发生破坏。所以在进行FRP筋混凝土框架结构设计时,应着重考虑底部柱刚度,采取增大底部柱子截面等措施加强底层柱刚度。(4)从层间位移角指标来看,结构的层间位移角最大值主要集中在底层,表明结构底层在地震动作用下较二、三层更易发生较大变形,导致破坏,应加强底部抗震构造措施;在不同水准的地震荷载作用下,结构均对汶川地震波反应较为强烈,破坏较其它波形也较为严重,也进一步说明,结构的地震反应与地震频谱特性的密切相关。结构基本满足“小震不坏”、“中震可俢”、“大震不倒”的抗震性能目标。(5)在进行模型结构的振动台试验时,地震波的激励顺序建议依次为:Taft波、EL-Centro波、兰州人工波、汶川波。
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