系锚CFRP间接加固砼框架中节点抗震性能有限元分析

摘要

在FRP加固混凝土框架节点技术的研究中，常常因直交梁与楼板的存在使得FRP直接加固节点核心区技术难以实现，还会因FRP锚固不足而容易产生剥离，进而影响其加固效益，因此对解决此类问题的研究显得意义重大。采用碳纤维（CFRP）间接加固与节点相连的梁柱端，同样能提高节点的抗震性能，且更适合于实际工程中带正交梁板的框架节点加固。本文通过7个低周反复加载作用下的系锚CFRP间接加固钢筋混凝土框架中节点试件的有限元数值模拟，并结合试验结果的对比分析，探讨了系锚CFRP间接加固方式下节点的传力机理及承载力计算方法。主要工作和研究成果如下:
　　1)以7个低周反复荷载作用下系锚CFRP加固混凝土框架中节点的试验结果为基础，利用ANSYS建立了系锚CFRP间接加固混凝土框架节点的有限元分析模型，并对不同节点的承载能力、破坏特征、滞回性能、变形延性以及钢筋和CFRP的应变规律等进行了有限元数值分析。
　　2)根据有限元分析与试验结果在承载力、变形延性、节点区钢筋和CFRP应变等方面的对比分析，验证了有限元模型的合理性，探讨了梁端穿翼CFRP封闭条箍、阴角系锚U型CFRP条箍和穿翼螺杆+钢板系锚CFRP条箍等不同锚固方式下，加固节点的工作机理和抗震性能。
　　3)对比分析表明，梁端采用穿翼螺杆+钢板系锚CFRP条箍锚固的加固方式能有效减少纵筋的粘结滑移、延缓梁柱端纵向纤维的剥离、提高节点的抗震性能，加固效果更为显著。
　　4)建立了系锚CFRP间接加固混凝土框架空间节点梁端抗弯、抗剪及核心区抗剪承载力计算公式，公式计算结果与数值模拟分析结果及试验结果吻合良好，从而验证了该承载力计算公式的有效性，可供相关节点加固设计参考。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景

1．2 FRP加固混凝土框架节点的研究现状及不足

1．3 系锚CFRP抗震加固混凝土框架节点的特点及优势

1．4 本文的主要研究内容

2 系锚CFRP间接加固节点承载力的有限元分析

2．1 有限元分析模型的选取

2．1．1 节点的基本情况

2．1．2 节点加固方案

2．2 有限元分析模型的建立

2．2．1 钢筋混凝土的本构关系和强度准则

2．2．2 材料参数

2．2．3 单元类型选取和单元划分

2．2．4 边界条件的模拟和加载方式

2．2．5 求解过程

2．3 系锚CFRP间接加固节点有限元结果分析

2．3．1 节点承载力及破坏特征

2．3．2 节点的变形及延性分析

2．3．3 节点裂缝分布

2．3．4 节点区钢筋、CFRP应力分析

2．4 本章小结

3 试验结果与有限元对比分析

3．1 荷载特征值对比分析

3．2 变形及延性对比分析

3．2．1 梁端荷载-位移滞回曲线及骨架曲线对比

3．2．2 延性系数对比

3．3 节点区钢筋应变对比分析

3．3．1 梁、柱端纵筋应变对比

3．3．2 梁、柱端箍筋应变对比

3．3．3 节点核心区箍筋应变对比

3．4 节点区CFRP应变对比分析

3．4．1 梁端纵向CFRP应变对比

3．4．2 梁端横向CFRP应变对比

3．4．3 柱端横向CFRP应变对比

3．5 系锚CFRP间接加固节点的破坏机理

3．6 本章小结

4 系锚CFRP间接加固混凝土框架中节点承载力计算方法

4．1 系锚CFRP间接加固节点的梁端抗弯承载力

4．1．1 基本假定

4．1．2 梁端屈服荷载计算

4．1．3 梁端抗弯承载力计算

4．2 系锚CFRP间接加固节点的梁端抗剪承载力

4．3 系锚CFRP间接加固节点的核心区承载力计算

4．3．1 现有碳纤维布加固节点核心区计算公式

4．3．2 本文建议核心区计算公式

4．4 试验结果、有限元结果与公式计算结果对比

4．5 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间主要的研究成果

致谢