损伤可控结构地震反应分析及“三水准设防、三阶段设计”方法研究

针对现有抗震设计思想中没有考虑结构震后可修复性的情况，瞄准新型损伤可控结构，对其地震反应和设计方法进行深入研究，具体为：首先，提出能够反映结构可修复性及损伤可控性能的新指标，建立材料、构件、结构三个层面的可修复性定量评价指标体系；然后，基于既有和补充完成的损伤可控混凝土柱抗震试验结果，重点研究残余变形、二次刚度等指标与现有延性、耗能等参数之间的关系，提出能综合考虑以上参数的地震损伤机理和模型；其次，通过少量振动台试验，结合大量的数值模拟，研究损伤可控结构在地震作用下的结构反应和可修复性；最后，围绕损伤可控结构，提出中震可修定量评价模型和设计方法，把"三水准设防，两阶段设计"发展成为更合理的"三水准设防，三阶段设计"抗震方法。成果可用于指导既有结构震后可修复性提升以及新型损伤可控结构和材料的开发与应用。

地震作为突发性自然灾害，往往会造成巨大的人员伤亡和经济损失。我国现行《抗震规范》采用“三水准设防、两阶段设计”方法，即通过小震弹性设计和大震位移验算来保证结构“小震不坏”和“大震不倒”。对于“中震可修”无法定量保证结构在地震作用后的可修复性。而对于重大工程，不仅要求其在地震发生时是安全的，更要求震后有一定的使用功能并且能够快速修复。大量的研究表明现有钢筋混凝土结构较难实现良好的震后可修复性。.本项目以结构震后可修复性为出发点，以损伤可控结构为研究对象，对其地震反应和设计方法进行了相关研究。详细内容总结如下：.本项目首先阐述了结构可修复性与损伤可控结构之间的关系，提出了结构震后可修复性评价技术指标和经济指标，形成了损伤可控结构评价指标体系。指标体系中的技术指标规定了损伤可控结构的性能评价，发现单独采用传统的损伤指标（例如最大位移）无法满足损伤可控结构性能评价要求，还必须增加震后残余位移指标共同对损伤可控结构进行评价。指标框架中的经济指标则规定了结构初期投资-损失、修复-重建的决策关系。.本项目还对不同参数的双折线单自由度体系、多自由度体系在大量地震动作用下的残余位移响应进行分析，发现屈服后刚度、周期和场地条件是影响残余位移的最主要因素，而多自由度体系P-Δ效应对残余位移角的影响也不能忽视。通过对大量分析结果的统计分析，得出了适合中国规范使用的残余位移谱。.本项目进行了7根玄武岩纤维复合（Basalt Fiber reinforced Polymer, 简称BFRP）筋/布复合加固的钢筋混凝土（RC）柱的拟静力抗震性能试验。利用OpenSees有限元软件对部分试件进行数值模拟分析，并与试验结果进行比较。.本项目还提出了可以考虑设防地震作用下最大弹塑性位移和残余位移双参数控制的“三水准设防、三阶段设计”方法，通过算例表明可以利用现有的弹塑性位移谱和本文提出的残余位移谱进行第二水准设计。算例设计进一步证明了对于普通RC结构进行残余位移验算的重要性，并且发现对于普通混凝土结构，简单的增加其强度难以有效减小结构的残余位移。