环向预应力加固圆形混凝土结构的主动约束机理与损伤演化规律研究

圆形混凝土结构，如筒仓、储气（液）罐、电视塔、冷却塔及烟囱等，在我国数量众多，分布广泛。采用环向预应力加固圆形混凝土结构能够避免后加固部分的应力滞后，促使原有混凝土裂缝的弥合，限制裂缝的发生和开展，显著提高被加固结构的承载力、抗裂能力和抗震性能。近几年国内外有了少量的应用尝试，但仍有许多关键科学问题尚待进一步深入研究。本项目将通过环向预应力加固圆形混凝土结构的主动约束试验和模拟地震振动台试验，研究其承载能力、抗裂能力和抗震性能；采用板壳理论和断裂损伤理论分析加固前后结构的裂缝发生开展过程及其损伤演化机理；建立环向预应力主动约束圆形混凝土结构的裂缝控制模型和损伤演化模型；明确环向预应力加固圆形混凝土结构的主动约束机理和损伤演化规律；合理考虑实际工程中的各项影响因素，形成基于性能的圆形混凝土结构的环向预应力加固设计理论，促进这种新型加固方法在我国的工程应用。

采用环向预应力加固圆形混凝土结构能够避免后加固部分的应力滞后，限制裂缝的发生和开展，显著提高被加固结构的承载力、抗裂能力和抗震性能。基于本项目的研究，在以下几个方面取得了一定成果：.（1）进行了预应力碳纤维布加固钢筋混凝土圆柱的试验研究，提出了恢复力模型，利用有限元软件ABAQUS 的实体单元建立了圆柱的有限元模型，对其滞回曲线和骨架曲线等进行了分析；建立了地震损伤模型，计算出了不同损伤状态的特征点所对应的地震损伤指标，据此给出了预应力碳纤维布加固混凝土圆柱的抗震分级标准。.（2）对玻璃纤维布约束混凝土方柱的应变演化规律进行了试验研究与有限元模拟，在细观层次上分析了环向预应力主动约束混凝土的破坏机理，在构件层次上基于试验研究了主动约束混凝土圆柱的损伤演化规律，研究结果可供 FRP及钢板箍约束混凝土柱受力分析时参考。.（3）基于亚塑性本构理论，对钢筋混凝土筒仓仓壁与散料颗粒体之间的动静态压力作用进行了有限元模拟分析，结果表明散料颗粒种类、初始孔隙比、散料临界内摩擦角、颗粒硬度和颗粒间应变对筒仓-散料动静力相互作用影响较大；提出了采用环向预应力加固圆形混凝土筒仓的方法，研究了环向预应力碳纤维条带加固钢筋混凝土筒仓在贮料荷载下的受力性能。.（4）定义了钢筋混凝土烟囱的损伤评价指标，分析确定了五种损伤状态下适用于高耸钢筋混凝土烟囱结构的四个极限破坏状态；考虑地震动的随机性的不确定性，采用概率性地震需求模型，建构了单筒式钢筋混凝土烟囱地震易损性分析模型，对该结构的地震易损性能进行了评估，给出了基于性能的钢筋混凝土烟囱结构的地震易损性分析方法。.（5）分析了铁路桥梁的地震易损性，以圆形空心高墩控制截面的材料发生损伤时所对应的截面曲率为损伤指标，采用增量动力分析方法研究了圆形空心高墩的抗震性能；提出了一种后加预应力拉索快速加固铁路桥梁的方法，研究了拉索布置位置、拉索初应力、拉索布置角度对铁路桥梁动力性能的影响。.（6） 提出了对桥梁进行快速加固的方法；进行了车桥耦合动力仿真分析，研究了不同轨道不平顺谱及不同Rayleigh阻尼参数对桥梁动力仿真计算的影响；分析了车桥系统共振的原理和影响因素，给出了造成桥梁加固后共振响应变化的原因；进行了两种高速列车不同速度等级的车桥耦合振动分析，证明了车桥系统共振理论推导公式计算结果的正确性以及桥梁加固后发生共振时桥梁的安全性。