摘要
碳纤维增强复合材料（CFRP）筋由于具有抗拉强度高和线弹性良好的优点，将其应用于钢筋混凝土抗震结构中可以提高结构的承载力，减小残余变形。对于CFRP筋-钢筋混凝土抗震结构，根据其受力特点，需要深入研究其在反复荷载作用下的受力性能，分析CFRP筋对结构抗震性能的影响及其作用机理。因此，本文分别开展了反复荷载作用下CFRP筋及钢筋与混凝土粘结-滑移性能试验研究和理论分析、CFRP筋-钢筋混凝土框架结构抗震性能试验研究和理论分析以及CFRP筋-钢筋混凝土框架和磁流变阻尼器(MRD)组合结构抗震性能试验研究。主要内容如下: (1)设计并制作了适用于反复荷载作用下筋材与混凝土粘结-滑移性能试验装置。分别完成了10组和8组反复荷载作用下CFRP筋及钢筋与混凝土粘结-滑移性能试验，揭示了反复荷载作用下CFRP筋及钢筋与混凝土的粘结-滑移机理。基于弹性力学空间轴对称模型，提出了CFRP筋与混凝土粘结应力-滑移理论关系式;基于弹性力学厚壁圆筒理论和混凝土拉应力-应变模型，提出了钢筋与混凝土最大粘结应力计算式。建立了反复荷载作用下CFRP筋及钢筋与混凝土粘结应力-滑移本构关系模型。研究表明，反复荷载作用下CFRP筋及钢筋与混凝土粘结性能相对单调荷载作用下均发生了退化，反复荷载作用下CFRP筋及钢筋与混凝土的最大粘结应力均随着混凝土强度的提高而增大，随着粘结长度或筋材直径的增大而降低。 (2)设计并完成了1榀钢筋混凝土框架结构试件和4榀不同CFRP筋替代率、替代位置的CFRP筋-钢筋混凝土框架结构试件的拟静力试验。研究表明，仅在框架柱内替换CFRP筋时，框架结构的峰值荷载和峰值位移均随着CFRP筋替代率的提高而提高，但是对峰值荷载的提高程度不明显，对峰值位移的提高较为明显。框架结构的延性、耗能能力和残余变形均随CFRP筋替代率的提高而减小。同时在框架柱和梁项部替换CFRP筋时，能够明显提高框架结构的峰值荷载，但是延性、耗能能力和残余变形也会进一步降低，峰值位移相对于仅在框架柱中替换相同数量CFRP筋的框架试件无明显影响。 (3)结合CFRP筋-钢筋混凝土框架结构弯曲破坏模式，基于钢筋混凝土构件正截面受弯承载力计算方法，提出了CFRP筋-钢筋混凝土框架结构梁、柱截面开裂荷载、柱截面屈服荷载和峰值荷载的计算方法。提出了考虑反复荷载作用下CFRP筋及钢筋与混凝土粘结性能的CFRP筋-钢筋混凝土构件有效惯性矩计算方法和粘结滑移变形计算模型，建立了底层边跨CFRP筋-钢筋混凝土框架结构侧向变形计算方法。基于BPE模型，建立了CFRP筋-钢筋混凝土框架结构恢复力模型。 (4)设计并完成了2榀CFRP筋-钢筋混凝土框架和MRD组合结构试件的拟静力试验，揭示了MRD在框架结构受力时的工作机理和耗能贡献，分析了不同MRD控制方式下CFRP筋-钢筋混凝土框架和MRD组合结构的抗震性能指标。研究表明，不同控制方式下的MRD均可以有效提高CFRP筋-钢筋混凝土框架结构的峰值荷载、侧向刚度和耗能能力，对结构的峰值位移和延性没有明显影响。关闭MRD电流，CFRP筋-混凝土框架结构可恢复至不设置MRD时的残余变形水平。
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