高强钢绞线网-聚合物砂浆加固砖墙的有限元分析及设计方法研究

摘要

既有砌体结构的抗震性能较差，提高其抗震性能是当前我国抗震加固的重点工作之一。其中，墙体的加固又是砌体结构抗震加固的关键。高强钢绞线网-聚合物砂浆(SMPM)加固技术是一种新型的加固技术，可以弥补传统砖墙加固方法的诸多不足。但是，目前关于SMPM加固技术的研究主要针对混凝土构件，对用其加固砖砌体的研究甚少。另外，研究发现该技术用于砖墙加固时，加固材料的利用率较低。这些都制约了SMPM加固技术在砌体结构加固上的推广应用。
　　 为了提高SMPM加固材料的利用率，进一步完善SMPM抗震加固的设计方法，本文结合已有的试验资料，采用有限元分析、试验研究和理论分析相结合的手段，对该技术用于既有砖砌体抗震加固展开了系统的研究，主要包括以下几方面内容：
　　 1．结合已有试验资料，采用有限元软件ANSYS对加固砌体进行数值分析。针对材料的非线性特点，使用Solid65单元和Concrete材料属性建立砌体和聚合物砂浆的有限元模型，选用合适的迭代算法和收敛准则进行求解；将有限元计算结果与试验结果进行对比，验证上述建模与求解方案的合理性；改变SMPM加固层材料及尺寸参数，探讨钢绞线网的网格尺寸、钢绞线直径、聚合物砂浆强度以及原墙体强度对加固效果的影响，并根据分析结果对加固材料组成、构造措施和施工工艺等方面提出建议。
　　 2．通过9个试件的双面剪切试验，对SMPM加固层与砖砌体粘结剪切性能进行研究。根据试验结果，对界面剥离破坏特征进行分析，得出界面剥离时平均剪应力的计算表达式。在此基础上，结合FRP抗剪加固混凝土构件的相关理论，提出SMPM抗剪加固砖墙时的剥离承载力计算方法。
　　 3．基于粘结剪切性能试验的结果，在有限元模型中加入界面单元，建立粘结区模型，模拟加固层和砖墙间的粘结滑移；根据有限元分析结果，研究加固试件变形、粘结面应力分布、裂缝分布等方面特征。
　　 4．深入研究SMPM加固多层砌体结构的设计方法，在承载力验算时考虑由加固层剥离导致的破坏；提出SMPM加固砌体结构时的构造措施并给出节点详图以供参考；最后，介绍SMPM加固的施工工艺，并指出施工时的注意事项。