震损型钢混凝土组合结构损伤量化评判及抗震加固受力性能研究

Steel Reinforced Concrete (SRC) composite structures have a good seismic performance, and have been widely used in the earthquake fortified area. By combined means of physical model test, theoretical analysis and numerical simulation, the most common SRC frames structures will be chosen as the research object, and seismic damage model suitable for SRC composite structures will be established, and the damage evolution mechanism of SRC composite structures in earthquake will be quantitatively modeled. Based on the results of experimental studies and theoretical analysis, the damage indexes will be proposed for different performance levels of SRC composite structures，and the damage index allowance of three-level seismic design will be suggested. Classification of earthquake damage to SRC composite structures will be concluded, the rehabilitation program will be proposed for structures in need of reinforcement. The reinforcement mechanism of SRC composite structures damaged by simulated earthquake will be analyzed, new materials and new techniques will be used, and reinforcement repair methods for structures damaged by earthquake will be discussed. Based on the quasi-static loading experiment on SRC frame columns, SRC frame joints and SRC frame structure models damaged by earthquake with 2 layers and 2 spans, the seismic performance of the reinforced and repaired structures will be evaluated. The research will provide the basis for drawing up "SRC composite structures seismic evaluation and technical specification".

型钢混凝土组合结构具有良好的抗震性能，在地震设防区有广泛应用。本课题通过物理模型试验、理论分析和数值模拟相结合的研究手段，以最常见的型钢混凝土框架结构为研究对象，建立适用于型钢混凝土结构的地震损伤模型,定量地描述型钢混凝土组合结构在地震作用下的损伤演化规律。基于试验研究和理论分析成果，提出型钢混凝土组合结构对应性能水平的损伤指数以及相应于"三水准"抗震设防的损伤指数允许值，评判型钢混凝土框架结构地震破坏等级，对震损结构提出加固修复方案。 分析地震损伤型钢混凝土组合结构加固机理，应用新材料新工艺，探讨其加固修复方法；通过预损型钢混凝土框架柱、框架节点和两层双跨框架结构模型加固修复后拟静力加载破坏试验，评估加固修复后构件与结构的抗震性能。研究成果为制定型钢混凝土组合结构抗震鉴定与加固技术规程提供依据。

现行《建筑抗震鉴定标准》、《建筑抗震加固技术规程》和《地震灾后建筑鉴定与加固技术指南》均未涉及型钢混凝土结构的抗震加固问题。本课题以型钢混凝土框架结构为研究对象，通过系统的试验和理论研究，取得的成果表现在以下方面：. （1）建立适用于型钢混凝土结构的地震损伤模型，定量地描述型钢混凝土框架结构在地震作用下的损伤演化规律。考虑结构构件和非结构构件的破损程度，提出具有一定概率保证的型钢混凝土框架结构地震破坏等级对应的层间位移角限值。基于不同工程需求参数，建立基于 OpenSEES 的型钢混凝土框架结构数值模型，对型钢混凝土框架结构进行地震易损性分析，得到了结构的易损性曲线，并对其评估结果进行了分析比较。. （2）分别研究了碳纤维布（CFRP）、外包钢2种方法加固震损型钢混凝土框架柱的受力性能，分析其加固效果，并对加固方法进行了比较。分析了原柱材料的地震损伤以及混凝土受剪机理的差异，比较了不同抗剪模型建立的抗剪承载力计算值的差异性，建立了基于强度退化的震损加固型钢混凝土柱抗剪承载力计算公式。. （3）分别研究了碳纤维布（CFRP）、外包钢2种方法加固震损型钢混凝土框架节点的受力性能，分析其加固效果。. （4）研究了外包钢加固震损钢管混凝土框架结构的受力性能及加固效果。. （5）采用非线性有限元分析方法，引入损伤指标对震损框架材料的力学性能参数进行折减，建立了震损后钢材和核心区混凝土的本构关系模型，并利用确定的本构关系对加固损伤型钢混凝土柱和型钢混凝土框架结构进行数值模拟计算。基于数值模拟成果，改变试验参数，如框架损伤度、外包钢加固量等，进一步分析震损型钢混凝土框架柱和型钢混凝土框架结构修复后的受力性能。. 研究成果为制定《型钢混凝土结构抗震鉴定与加固技术规程》提供依据。. 2015年至2018年期间，项目组公开发表论文13篇，授权实用新型专利2项，受理专利2项，培养硕士研究生12人，博士研究生1人。