既有钢筋混凝土框架外设自复位构件加固抗震性能研究

作     者：范钰麟 

作者单位：北京建筑大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张国伟;刘航

授予年度：2023年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：既有建筑 抗震加固 钢筋混凝土框架 自复位构件 有限元分析 

摘      要：韧性城市建设是近年来城市转型升级的重要发展方向,为了达到韧性城市的建设目的,我国采取了一系列措施应对既有建筑韧性升级,既有钢筋混凝土框架结构建筑作为既有建筑的组成部分,在我国保有量较大,其大多数因完工时间较久,结构老化严重,建筑韧性难以达到韧性城市的要求。目前,提升既有建筑震前韧性的主要措施有规划、监测、预防和预警,其中抗震加固改造作为震前预防的一种主要手段,在严格按照防震减灾规范设计的前提下,通过对既有建筑进行改造加固来提升结构韧性。而传统的抗震加固方法虽然可以不同程度地提高结构的抗震承载力、刚度和延性,但是难以保证加固后结构在设防地震或罕遇地震下损伤轻微,变形可自主恢复,故难以满足建筑抗震韧性的要求。针对上述问题,本文提出了采用外设装配式自复位构件对钢筋混凝土框架进行抗震加固的新方法,以达到提高建筑抗震韧性的目的。该方法通过采取对框架梁柱进行增大截面加固,并在加固梁侧面外附预制梁构件,张拉无粘结预应力筋在预制梁内部建立预应力的方法,在提升被加固结构刚度及承载力的同时,减小其震后残余变形,最终使得不具备复位能力的待加固结构获得一定复位能力,从而达到提高结构抗震韧性的目的。为验证加固新方法的有效性,以北京市某既有建筑为原型,设计并制作了3榀单层单跨框架结构试验试件并进行了拟静力试验研究,其中1榀为未加固的对比试件,2榀为采用外设装配式自复位构件加固的框架结构试件。结果表明,加固试件的抗震承载力、延性和耗能能力均较未加固试件显著增强,同时在一定层间位移角范围内,加固试件的残余变形明显小于未加固试件,复位能力显著增强。采用ABAQUS有限元分析软件,对3榀试验试件进行了有限元仿真分析,并将有限元分析结果与拟静力试验数据对比,结果表明,建模方法可较好的模拟加固前后框架的位移荷载曲线,其结构损伤云图和应力云图亦能较好的吻合观察到的试验现象。为进一步探讨外设自复位构件加固后框架抗震性能的影响因素,进一步开展了试验试件的变参数有限元分析。结果表明,外设自复位梁构件可降低所附框架的残余变形率;提高外设预制梁内部预应力筋初始张拉力,可以提升加固框架承载力,也可以有效降低加固后框架在震后的残余变形率;增加节点耗能钢筋直径可以提高框架的刚度和耗能。依据现行规范,补充了围套式增大截面受弯构件正截面极限承载力的计算公式,提出了外设自复位预制梁构件承载力计算方法和外设自复位构件加固框架的承载力计算方法,并与试验试件结果进行了对比验证,计算误差小于5%。