钢管锚固框架节点梁负弯矩区碳纤维布加固试验研究

摘要

碳纤维材料因具有优异的物理及力学性能、良好的粘合性、耐腐蚀性、耐热性等优点，在土木工程领域得到了广泛的应用。碳纤维布补强加固混凝土结构的技术因具有施工过程简便并且易操作、几乎不改变原构件的截面尺寸等特点，一直受到土木界的关注，国内外众多学者对碳纤维加固后的构件极限承载力、延性等进行了很多试验研究和理论的探索，并取得了丰硕的成果。
　　目前，国内外很多专家、学者对梁的加固研究主要集中在梁的跨中正弯矩区，而对梁负弯矩区的研究还很少，主要是因为梁端部碳纤维布的锚固问题还有待进一步研究和探讨。
　　在前人试验研究和理论分析的基础上，本文在试件设计时以在梁柱节点用于固定加固梁负弯矩区的碳纤维布的半钢管半径和加固梁负弯矩区的碳纤维布的层数为变量，共设计了7个试件，采用内置膨胀螺栓外锚半钢管技术对其中6个钢筋混凝土框架节点梁负弯矩区进行加固后的试件和未加固的1个对比试件进行了抗弯性能试验，在试验时将其分为两组分别进行试验：第一组归类的依据是半钢管半径的大小，第二组归类的依据是碳纤维布层数的多少。
　　本次试验获得的主要试验现象、试验数据为试件的破坏特征、试件的开裂荷载、试件第一道裂缝的位置、试件的极限承载力以及位移监测点的极限位移。根据其试验的结果探讨了采用不同半径的半钢管对节点处碳纤维布的锚固效果和不同层数的碳纤维布对梁负弯矩区的加固效果，然后在试验的基础上采用非线性有限元软件（ANSYS）对本次试验进行了模拟计算和对比分析。
　　试验及分析结果表明：
　　（1）采用内置膨胀螺栓外锚半钢管技术对框架节点梁负弯矩区进行加固的试件的极限承载力和延性得到显著提高；
　　（2）采用半钢管对梁负弯矩区的碳纤维布进行锚固，避免了碳纤维布在梁柱节点拐角处拉空或受力集中被切断而提前退出工作；
　　（3）选用半钢管对梁负弯矩区的碳纤维布进行锚固，可以使框架节点梁在负弯矩处的破坏位置远离负弯矩最大处，在一定程度上阻止了框架节点核心区域的破坏；
　　（4）采用建筑结构胶对埋入膨胀螺栓的钻孔进行填补并在节点阴角处做成实体圆弧，不仅很大程度上减轻了钻孔对框架节点的破坏，而且增加了梁端截面的高度；
　　（5）通过ANSYS对两组试件的模拟计算及与试验数据的对比分析，进一步反映了试验数据的可靠性，验证了本文提出的加固方法在工程实践中的可行性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 工程结构加固意义

1.2 常用加固技术概述

1.3 FRP加固技术

1.4 CFRP加固钢筋混凝土框架节点研究

1.5 课题研究的背景和内容

第二章 碳纤维加固钢筋混凝土框架节点试验方案

2.1 试验方案设计

2.2 试件制作与试验材料

2.3 试件的加固

2.4 加载方案及测量内容

2.5 本章小结

第三章 试验结果及分析

3.1 试件破坏形态

3.2 试验结果分析

3.3 梁端抗弯承载力计算

3.4 本章小结

第四章 碳纤维加固框架节点梁负弯矩区有限元分析

4.1 ANSYS技术在钢筋混凝土结构中的应用

4.2 模型单元的选取

4.3 建立有限元分析模型

4.4 有限元计算结果及分析

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

附录A(攻读硕士学位期间发表的论文)