非延性钢筋混凝土框架结构的碳纤维抗震加固与设计方法

针对量大面广、且受灾严重的非延性钢筋混凝土框架结构，以碳纤维片材抗震加固带楼板梁、柱、节点组合构件的试验研究和精细化有限元分析为切入点，完善带节点宏单元框架结构加固前后的弹塑性静、动力抗震分析手段，系统研究碳纤维加固方法对钢筋混凝土框架结构抗震性能与失效模式的定性影响规律，提出碳纤维抗震加固非延性钢筋混凝土框架结构的概念设计原则；在此基础上，采用基于位移的设计思想，研究框架结构弹塑性层间位移分解为构件变形的解构规则，建立构件变形与碳纤维加固用量之间的相互关系，实现非延性钢筋混凝土框架结构的碳纤维抗震加固设计方法，为建筑抗震设计规范和混凝土结构加固规范的进一步修订提供理论依据和决策支持。

本项目以非延性钢筋混凝土框架结构为研究对象，以碳纤维片材抗震加固带楼板梁、柱、节点组合构件的试验研究和精细化有限元分析为切入点，系统研究碳纤维加固钢筋混凝土框架结构的抗震性能、失效模式和设计方法，取得了如下研究成果：(1) 基于大量足尺试件的轴压试验，研究了纵筋、箍筋、尺寸效应对FRP约束混凝土柱轴压性能的影响规律，提出了可考虑上述因素影响的FRP约束混凝土应力-应变滞回本构理论模型；(2) 自主开发了用于OpenSees分析平台的FRP约束混凝土材料模块，解决了基于OpenSees抗震分析时无可用的FRP约束混凝土滞回本构问题，该模型可有效地应用于FRP约束钢筋混凝土构件和结构的抗震分析；(3) 完成了大量FRP约束足尺钢筋混凝土柱的抗震性能试验，发现在柱端塑性铰区包裹FRP加固后可使柱的抗震性能得到明显增强，建立了FRP约束钢筋混凝土柱的卸载刚度和有效刚度计算模型；(4) 基于OpenSees有限元软件及开发的FRP约束混凝土材料模型，实现了FRP约束钢筋混凝土柱荷载-位移滞回性能的精细化数值模拟，在大量参数分析基础上，提出了FRP约束钢筋混凝土柱的荷载-位移恢复力模型，可直接用于FRP加固钢筋混凝土框架柱的抗震设计；(5) 完成了足尺带楼板框架梁、柱、节点组合构件的抗震性能试验，提出了用于OpenSees分析平台的节点宏单元模型，实现了可考虑节点宏单元的框架结构抗震性能分析；(6) 完成了大比例FRP加固多层框架结构的振动台试验，考察了加固前后结构的破坏形态、地震响应及抗震性能的变化规律，探讨了在不同水准地震作用下结构从损伤开始到最终破坏的损伤演化规律，验证了前述分析方法的准确性和FRP抗震加固的有效性；(7) 对钢筋混凝土平面及空间框架FRP加固前后抗震性能、失效模式进行了大量分析研究，揭示了FRP加固后可能会出现薄弱层转移的失效风险，提出了合理的FRP抗震加固框架结构的设计原则，建立了FRP抗震加固框架结构的设计方法。培养毕业博士2人、硕士6人，在读博士2人、硕士4人。共发表论文21篇，其中SCI检索论文3篇，EI检索论文12篇，ISTP检索论文2篇。