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外附预制梁柱提升既有混凝土结构抗震性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 混凝土框架结构的地震破坏特点

1.2.1 柱的破坏

1.2.2 梁的破坏

1.2.3 墙的破坏

1.3 混凝土结构传统抗震加固和消能减震技术研究现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.4 混凝土结构外附子结构抗震加固技术研究现状

1.4.1 几种典型外附子结构抗震加固实践

1.4.2 外附预制梁柱加固法的提出

1.5 本文主要研究内容

第二章 外附预制梁柱加固混凝土结构技术介绍

2.1 外附预制梁柱加固技术概述

2.2 预制构件及连接构造

2.2.1 预制支撑构造

2.2.2 预制梁柱构造

2.2.3 预制梁、柱、支撑间的连接构造

2.2.4 预制梁柱与既有结构连接构造

2.2.5 灌浆料

2.3 外附预制梁柱加固技术设计方法

2.3.1 加固设计流程

2.3.2 加固设计布置方案

2.3.3 外附预制框架抗侧刚度和抗侧强度计算

2.3.4 预制支撑计算

2.3.5 预制支撑连接螺栓计算

2.3.5 锚栓计算

2.3.6 预制梁柱确定

2.4 外附预制梁柱加固技术施工流程

2.4.1 加固施工流程图

2.4.2 开挖既有结构基础梁

2.4.3 既有结构梁柱打磨、放线、钻孔

2.4.4 预制构件钻孔、浇筑

2.4.5 预制构件锚固、拼装

2.4.6 节点及缝隙灌浆

2.5 本章小结

第三章 外附预制梁柱加固混凝土结构有限元分析

3.1 引言

3.2 分析模型概况

3.2.1 原结构概况

3.2.2 加固方案设计与计算

3.3 有限元模型建立

3.3.1 建模流程

3.3.2 材料本构模型选择

3.3.3 构件单元模型选择

3.3.4 阻尼设置

3.3.5 地震波选择

3.3.6 原结构模型校核

3.3.7 加固结构模型及编号

3.4 多遇地震下动力时程分析

3.4.1 层间位移角分析

3.4.2 层间剪力分析

3.4.3 顶层加速度分析

3.4.4 原结构梁柱控制截面内力分析

3.5 罕遇地震下动力时程分析

3.5.1 层间位移角分析

3.5.2 原结构梁柱控制截面内力分析

3.5.3 结构损伤分析

3.5.4 结构耗能分析

3.6 本章小结

第四章 外附预制梁柱加固混凝土框架试验

4.1 加固试验方案

4.1.1 加固试验方案概况

4.1.2 加固试验方案计算

4.2 既有混凝土框架设计与制作

4.2.1 既有混凝土框架设计

4.2.2 既有混凝土框架应变片布置

4.2.3 既有混凝土框架制作

4.3 预制构件设计与制作

4.3.1 预制构件设计

4.3.2 预制构件应变片布置

4.3.3 预制构件制作

4.4 预制构件加固过程

4.4.1 预制梁柱加固拼装

4.4.2 预制支撑加固拼装

4.4.3 预制构件节点螺栓连接

4.4.4 预制构件节点及灌浆缝模板支护

4.4.5 预制构件节点及灌浆缝浇筑

4.5 材性试验

4.5.1 混凝土、灌浆料材性试验

4.5.2 钢筋、钢板材性试验

4.6 试验加载及测量方案

4.6.1 加载方案

4.6.2 测量方案

4.7 试验现象

4.7.1 F模型

4.7.2 F-Ⅴ模型

4.7.3 F-Ⅳ模型

4.8 试验结果及分析

4.8.1 滞回曲线

4.8.2 骨架曲线

4.8.3 刚度退化

4.8.4 延性系数

4.8.5 应变分析

4.8.6 数值模拟

4.9 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

作者攻读硕士期间发表的学术论文

致谢

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摘要

我国目前存有大量未达到抗震要求的混凝土结构,其在地震中损坏严重。然而,目前所采取的构件层面的加固并不能取得预想的加固效果,且需室内作业和湿作业,影响建筑的正常使用。本文总结国内外外附子结构加固实践,将外附子结构加固技术与预制装配技术相结合,提出一种新型的外附预制梁柱加固技术。该技术将外附框架构件在工厂预制,运至现场拼装,用锚栓和粘结材料使之与既有结构连为一体,从而大大加快施工速度,缩短工期,绿色环保,符合建筑工业化的发展方向。
  本文着重介绍了外附预制梁柱加固混凝土结构技术的设计方法和施工工艺,并进行了有限元分析和模型试验分析,取得的主要成果如下:
  (1)提出一种新型外附预制梁柱加固混凝土结构技术,并结合我国规范系统地介绍了该加固方法的设计流程、计算方法、各预制构件的制备过程、施工流程以及注意事项等。
  (2)采用抗震分析软件PERFORM-3D进行了加固效果的有限元模拟,建立了5层混凝土框架模型,分别采用4种加固方案进行加固并建立相应的结构模型,对加固模型和未加固模型进行了多遇地震和罕遇地震下的动力时程分析。分析结果表明该加固法可有效减小混凝土结构在多遇地震和罕遇地震下的层间位移角,减小原结构层间剪力和关键梁柱的内力,对原结构起到了良好的保护作用。
  (3)为验证本文提出的加固法在施工上的可行性和在抗震上的有效性,设计制作了3榀混凝土框架模型,1榀不加固,2榀采用本方法加固,进行了低周往复加载试验。试验结果表明该加固法施工便捷,具有较强的可操作性,且可大大提高被加固框架承载力,减小结构破坏和结构位移。

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