体外预应力加固砼框架梁后对框架柱结构性能影响的研究

摘要

改革开放40年来，在土木工程飞速发展的同时，大批既有建筑物面临适用性挑战和安全隐患。结合我国国情可知，体外预应力加固技术正逐步成为我国解决该领域难题的灵丹妙药。与传统体外预应力加固方法相比，斜腹杆-体外预应力结构具有成本低廉、构造简单且操作方便和减小了转向块与预应力筋间的磨擦损失等优点。本文选题来源于“基于体外预应力简支技术的混凝土结构整体加固抗震性能研究”项目（国家地区科学基金51468040）。通过ABAQUS有限元软件建立一个三层两跨两开间的钢筋混凝土结构，进行数值模拟计算，并将加固前后的计算结果进行比较分析。同时在实验室建立与其等比例的试验模型，采用数值模拟与试验研究相结合的方法对框架结构框架梁加固下的框架柱的受力性能进行分析，研究内容和得出的结论主要有： （1）运用ABAQUS有限元软件建立上文所提到的钢筋混凝土框架结构模型，对该模型施加竖向荷载，进行数值模拟计算；保持竖向荷载不变，通过降温法对框架梁施加体外预应力，对框架梁加固后的框架结构进行模拟计算；分析荷载作用下框架梁的加固对柱的受力性能变化的影响。得出的结论有：体外预应力对梁的加固可以减小框架柱纵向钢筋的应力，其中，对柱端钢筋应力的减小最为明显；体外预应力对框架梁的加固可以引起柱端较小的水平位移，但随预应力的增大近似呈线性增长。且随楼层数增大而增大的幅度较大，当楼层较高时，不可忽略。 （2）在框架模型所受竖向荷载不变的条件下，分别对加固前、后的框架结构施加加载制度相同的水平往复循环荷载，再分别对加固前、后的框架模型进行数值模拟计算；比较分析水平、竖向荷载共同作用下框架梁加固前后柱的受力性能变化。得出的结论有：体外预应力对框架梁的加固能够减小框架柱的等效塑性应变；对边柱产生不利影响；并提高框架柱的耗能能力，但幅度较小；对框架柱的刚度影响几乎为零。 （3）在实验室建造与数值模型等比例的三层两跨两开间的钢筋混凝土试验模型。对框架结构试验模型逐级施加竖向荷载，得到不同试件柱柱底纵筋应力随外荷载增大的变化规律，即各试件柱的纵筋应力随外荷载增大而增大，且中柱纵筋应力随结构荷载的增大速度明显快于边柱和角柱。另外，运用斜腹杆-体外预应力加固法对框架梁逐级施加体外预应力，得知柱的纵筋应力随体外预应力增大而减小，且柱端和柱底纵筋应力减小量较1/3柱高和2/3柱高处大。梁的加固使柱不同部位的应力趋于同一数值，验证了数值模拟结果的正确性。

目录

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容

第2章 建立体外预应力加固的框架结构数值模型

2.1有限元理论简介

2.2框架尺寸及各构件设计参数

2.3各构件本构关系的选取

2.4单元选取、边界条件及模型的建立

2.5荷载的施加

2.6体外预应力的施加

2.7本章小结

第3章 框架梁加固对框架柱变形及内力的影响

3.1斜腹杆体外预应力结构简介

3.2框架梁加固前后框架结构位移比较

3.3框架梁加固前后框架柱的应力分布比较

3.4梁体外预应力的施加对框架柱受力的影响

3.5梁体外预应力的施加对框架柱柱端水平位移的影响

3.6循环荷载作用下框架结构加固前后的位移比较

3.7循环荷载作用下框架柱的等效塑性应变

3.8框架柱滞回曲线与骨架曲线

3.9框架柱的耗能能力

3.10框架柱的刚度变化

3 . 11框架柱的拉压损伤

3.12本章小结

第4章 竖向荷载下梁的加固对柱受力性能影响的试验

4.1试验目的

4.2试验设计

4.3梁构件加固

4.4测点布置

4.5加载设计

4.6测量方案

4.7体外预应力的施加

4.8试验过程

4.9试件柱的选取

4.10试验结果与分析

4.11梁的加固对框架柱受力性能影响的理论分析

4.12本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录