变轴力RC柱足尺试验研究及框架结构地震响应离线混合模拟

The variation of axial force of some columns may be significant when reinforced concrete (RC) frame structures are attacked by near-fault earthquakes and overturning moment. The seismic performance of RC columns will be affected significantly with axial force variation, which will degrade the seismic performance of the whole frame. Full scale test of RC column with large variation of axial force is very limited because of the limitation of test facility. With this project, the research of seismic performance of full scale RC columns and frames will be carried out with large testing facility. First, the influence law of bearing capacity, stiffness, hysteretic behavior and displacement ductility will be achieved with pseudo-static test considering of axial force variation. Then, hysteretic model of RC column considering of axial force variation will be established based on finite element analysis and parameter identification with data of pseudo-static test. Finally, hybrid simulation will be carried out taking full scale RC column as test substructure. The hybrid simulation method with off-line model updating will be established, which will be used for seismic response simulation of RC frames under near-fault earthquakes. Implementation of this application is hope to achieve seismic performance of full scale RC column and frame, which can be used as reference for seismic design of frame structure. Also, it will provide a simple and effective hybrid simulation method for seismic response of building structure.

近场地震和结构整体倾覆力矩可能会导致钢筋混凝土(RC)框架结构中部分柱子的轴力变化幅度非常大，轴力变化对RC柱的抗震性能有明显的影响，进而降低整体框架的抗震性能。由于试验设备等客观条件的限制，以往对大幅变轴力RC柱的足尺试验研究非常缺乏。本项目拟利用大型试验设备对足尺RC柱构件及框架抗震性能开展研究。首先通过耦合和非耦合变轴力模式下的伪静力循环加载试验，获取变轴力对RC柱的承载力、刚度、滞回性能、位移延性等参数的影响规律。其次，采用基于伪静力试验数据的参数识别及有限元分析，建立考虑轴力变化的RC柱恢复力模型。最后，取足尺RC柱为试验子结构进行框架结构的混合模拟试验。在此基础上研究离线模型修正的混合模拟方法，并用该方法开展近场地震作用下RC框架结构地震响应模拟。本项目研究可以获取足尺RC柱和框架的抗震性能，为框架结构抗震设计提供参考，并为研究人员提供一种简单高效的建筑结构地震响应混合模拟方法

近场地震作用和结构整体倾覆力矩会导致钢筋混凝土(RC)框架结构部分柱子的轴力发生较大幅度的变化，轴力变化对RC柱的滞回性能有明显的影响，进而降低整体框架结构的抗震性能。由于试验加载设备等客观条件的限制，以往对大尺寸变轴力RC柱的试验研究非常缺乏。此外，近年来发展起来的在线模型更新混合试验方法是研究整体结构地震响应的一种新型试验方法，但是这种方法的试验程序开发和试验操作难度较大。. 本项目采用大型试验设备MUST开展了8根大尺寸RC柱的试验研究，其中6根柱子进行拟静力试验，2根柱子进行地震激励下的框架结构混合试验，同时还对1根经历完整混合试验后未加固处理的柱子进行了拟静力试验。结合框架结构混合试验的需求，研发了一种多高层框架结构在水平和竖向地震共同作用下的混合试验方法并开发了相应的混合试验程序。在结构离线模型更新混合试验方面，研究了基于改进IMK恢复力模型和改进BWBN恢复力模型的RC柱参数识别方法，基于AUKF的框架结构离线模型更新混合试验方法，基于对照经验公式的构件本构模型离线更新混合试验方法，以及基于缩尺模型的离线模型更新混合试验方法。结合拟静力试验获取的RC柱滞回曲线数据，开展了相关的框架结构离线模型更新混合试验。. 通过试验研究获取了变轴力对RC柱的裂缝、承载力、刚度、滞回性能、位移延性等参数的影响规律，以及RC柱震后的残余抗震性能。研究表明，变轴力柱的裂缝开展和滞回曲线不对称，位移较大时变轴力柱破坏更为严重；变轴力柱正向加载时，其承载力和初始刚度降低，延性系数减小；负向加载时承载力和初始刚度有一定幅度的提升，但退化速度更快，同时延性系数有较大幅度降低；此外，变轴力柱的最大单圈耗能低于定轴力柱且更早进入耗能下降阶段。提出的离线模型更新混合试验方法可以获得与在线模型更新混合试验接近甚至更好的试验精度，而且试验操作相对简单，可以重复利用试验结果，达到更加经济的效果。