基于卸载的HRBF500RC柱抗震性能研究和损伤评价
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摘要
目前国内针对500MPa细晶粒钢筋的混凝土构件所进行的研究仍处于起步阶段,仅在钢筋材性、简支框架梁、粘结锚固性能方面有所进展。基于此种现状,本文从局部屈服卸载效应以及能量转化方面对HRBF500 RC柱的抗震性能及损伤状况进行了研究与分析,同时提出了基于能量转化的评价方法。
以课题组的HRBF500级钢筋混凝土柱的拟静力试验作为出发点,本文从局部屈服卸载效应以及能量重分布方面对HRBF500级钢筋混凝土柱的耗能能力进行了分析。分析塑性发展、承载力退化、历时时间等因素对试件耗能能力的影响,认为HRBF500级钢筋混凝土柱耗能能力的变化趋势与普通钢筋混凝土柱的变化趋势相类似。同时,本文提出了从能量转化的角度定义能量延性系数,作为构件延性的评价指标,并以此对试件的抗震性能进行了评价。
结合试验中的现象,对试件的强度退化和刚度衰减趋势进行了分析;针对尚无合适于HRBF500 RC柱的恢复力模型的现状,提出了500MPa细晶粒高强钢筋混凝土柱的理论骨架曲线,运用理论及经验公式法确定各个阶段的特征点,并提出了卸载刚度的经验公式和滞回规则。
为了更全面地研究地震全过程中构件的损伤发展,同时为基于损伤性能的结构抗震设计提供了参考资料,本文在构件地震损伤方面进行了两方面的研究工作。一方面,提出了适用于HRBF500钢筋混凝土柱的修正Park损伤模型,并确立了相应的损伤评价准则。另一方面,基于构件在地震作用下的产生动力屈服卸载效应,通过对过程中能量转化的分析,提出了一种基于弹性能损失的损伤模型,并验证了其合理性和可用性。
本文采用IDRAC 2D程序对配置500MPa细晶粒钢筋的混凝土框架结构进行了非线性动力反应分析,分别对其动力响应和损伤程度作了记录和研究。认为经过抗震设计的HRBF500RC框架结构能有效地抵抗实际地震作用。本文采用的能量加权系数法和周期快照法,能合理地计算出楼层损伤和结构整体损伤指数。同时,本文修正后的Park损伤模型能够较好的应用于非线性动力损伤全过程评价中,表现出了较好的实际应用效果。
At present,the research of HRBF500 RC structure is in its initial stage. There was some progress in the field of material properties,simply supported beam and Bond properties. Based the status,the seismic performance of HRBF 500 RC column and its damage status in the earthquake were studied in terms of unloading effects of yield systems and energy conversion. Simultaneously,the method of evaluation which was based on energy conversion was presented.
Based on its quasi-static test,HRBF500 RC columns’capacity of energy dissipation was studied in terms of unloading effects and energy conversion. By analyzing effects of plastic development , capacity degradation and time,the trend of HRBF500 RC columns’capacity of energy dissipation was found to be similar with common RC columns’. Energy ductility index was defined from the respect of energy conversion. The seismic performance of columns was evaluated using this new energy ductility index.
The degradation of columns’strength and stiffness was analyzing with phenomena of test. The theoretical skeleton curve of HRBF500 RC column was presented to change the status that there is not appropriate restoring force model for HRBF500 RC column. Key points in various stages were determined by theoretical or experimental methods,including unloading stiffness and hysteretic rules.
Two progresses in the research of damage in the earthquake were achieved to be able to understand the damage development of columns during the earthquake and provide information for seismic design based damage performance. On the one hand,amended Park damage model was presented,including its damage evaluation law,the other hand,a new damage model based on elastic energy loss was presented,which considered unloading effects of yield systems and energy conversion. Simultaneously,its new damage evaluation law was presented and its rationality and availability was proved by the test.
The nonlinear dynamic analysis of HRBF500 RC framework was achieved by IDRAC 2D. Dynamic responses and damage status were recorded and analyzed to show that HRBF500 RC framework with seismic design can resist earthquake effectively. The damage index of stories and global structure could be calculated reasonably by weighting coefficient and period snapshots. The amended Park damage model could be better used in the whole process of nonlinear dynamic damage analysis,which shows well effect in practice.
以课题组的HRBF500级钢筋混凝土柱的拟静力试验作为出发点,本文从局部屈服卸载效应以及能量重分布方面对HRBF500级钢筋混凝土柱的耗能能力进行了分析。分析塑性发展、承载力退化、历时时间等因素对试件耗能能力的影响,认为HRBF500级钢筋混凝土柱耗能能力的变化趋势与普通钢筋混凝土柱的变化趋势相类似。同时,本文提出了从能量转化的角度定义能量延性系数,作为构件延性的评价指标,并以此对试件的抗震性能进行了评价。
结合试验中的现象,对试件的强度退化和刚度衰减趋势进行了分析;针对尚无合适于HRBF500 RC柱的恢复力模型的现状,提出了500MPa细晶粒高强钢筋混凝土柱的理论骨架曲线,运用理论及经验公式法确定各个阶段的特征点,并提出了卸载刚度的经验公式和滞回规则。
为了更全面地研究地震全过程中构件的损伤发展,同时为基于损伤性能的结构抗震设计提供了参考资料,本文在构件地震损伤方面进行了两方面的研究工作。一方面,提出了适用于HRBF500钢筋混凝土柱的修正Park损伤模型,并确立了相应的损伤评价准则。另一方面,基于构件在地震作用下的产生动力屈服卸载效应,通过对过程中能量转化的分析,提出了一种基于弹性能损失的损伤模型,并验证了其合理性和可用性。
本文采用IDRAC 2D程序对配置500MPa细晶粒钢筋的混凝土框架结构进行了非线性动力反应分析,分别对其动力响应和损伤程度作了记录和研究。认为经过抗震设计的HRBF500RC框架结构能有效地抵抗实际地震作用。本文采用的能量加权系数法和周期快照法,能合理地计算出楼层损伤和结构整体损伤指数。同时,本文修正后的Park损伤模型能够较好的应用于非线性动力损伤全过程评价中,表现出了较好的实际应用效果。
At present,the research of HRBF500 RC structure is in its initial stage. There was some progress in the field of material properties,simply supported beam and Bond properties. Based the status,the seismic performance of HRBF 500 RC column and its damage status in the earthquake were studied in terms of unloading effects of yield systems and energy conversion. Simultaneously,the method of evaluation which was based on energy conversion was presented.
Based on its quasi-static test,HRBF500 RC columns’capacity of energy dissipation was studied in terms of unloading effects and energy conversion. By analyzing effects of plastic development , capacity degradation and time,the trend of HRBF500 RC columns’capacity of energy dissipation was found to be similar with common RC columns’. Energy ductility index was defined from the respect of energy conversion. The seismic performance of columns was evaluated using this new energy ductility index.
The degradation of columns’strength and stiffness was analyzing with phenomena of test. The theoretical skeleton curve of HRBF500 RC column was presented to change the status that there is not appropriate restoring force model for HRBF500 RC column. Key points in various stages were determined by theoretical or experimental methods,including unloading stiffness and hysteretic rules.
Two progresses in the research of damage in the earthquake were achieved to be able to understand the damage development of columns during the earthquake and provide information for seismic design based damage performance. On the one hand,amended Park damage model was presented,including its damage evaluation law,the other hand,a new damage model based on elastic energy loss was presented,which considered unloading effects of yield systems and energy conversion. Simultaneously,its new damage evaluation law was presented and its rationality and availability was proved by the test.
The nonlinear dynamic analysis of HRBF500 RC framework was achieved by IDRAC 2D. Dynamic responses and damage status were recorded and analyzed to show that HRBF500 RC framework with seismic design can resist earthquake effectively. The damage index of stories and global structure could be calculated reasonably by weighting coefficient and period snapshots. The amended Park damage model could be better used in the whole process of nonlinear dynamic damage analysis,which shows well effect in practice.
引文
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