CFRP加固T型震损圆钢管节点的滞回性能研究

摘要

在目前诸多的实际工程中，钢管结构因其承载力高，抗弯、抗扭刚度大，试件加工制作方便，施工速度快等优点有了日益广泛的应用。在钢管结构中，节点承担着传递荷载、分配内力和保持结构整体性的重要作用，但往往也是在地震作用中最容易受损伤的部位。对于震中受损的结构或构件，不进行鉴定评估直接实行推倒重建是非常浪费且不合理的，若对损伤的部位选择合适的方法进行加固修复，使得结构的抗震能力得以恢复甚至有所提高是更经济可行的办法。
　　本文基于对相贯节点加固的研究以及碳纤维增强复合材料（CFRP）加固技术的发展现状，对震损钢管节点使用CFRP加固，以不同的加固形式对抗震性能产生的不同效果作为研究重点，对6个T型圆钢管节点进行拟静力试验分析，进而得到关于不同的加固形式对震损节点抗震性能的影响结果。
　　试验根据支管、主管管径比β值的不同设计6个试件，其中三个试件的β值为0.59，另外三个试件β值为0.41。首先对试件分别进行1.32Δs、1.03Δs和0.95Δs三种不同程度的变形加载，以模拟地震对试件所产生的不同程度的损伤，Δs取主管直径的3％，作为损伤评价的参考值。对不同受损程度的试件使用不同形式进行加固，对于变形为1.32Δs的试件使用三层CFRP加固，最内层纤维束方向沿主管轴向，外面两层纤维束分别与主管轴线呈45°和135°夹角，变形为1.03Δs的试件使用两层CFRP加固，纤维束缠绕方向分别沿主管轴向和环向，变形为0.95Δs的试件使用两层CFRP加固，纤维束缠绕方向分别与主管轴线呈45°和135°。试件加固后施加低周反复荷载，观察试验中节点试件的变形和破坏特点，由试验数据得到试件的滞回曲线、骨架曲线、延性系数、能量耗散系数以及刚度并进行分析。试验结果表明：在β=0.59的节点试件中，使用三层CFRP加固的试件承载能力、变形能力、刚度等各方面性能最好，其次是使用环、轴向CFRP加固的试件；在β=0.41的节点试件中，使用环、轴向CFRP加固的试件在承载能力、变形能力、刚度等表现出的性能最佳。因此，当β值较大时，增加CFRP的层数和改变CFRP的缠绕方式都可以在一定程度上提高节点的抗震性能，增加CFRP层数的提高效果更加显著；当β值较小时，改变CFRP的缠绕方式对提高节点的抗震性能最为关键，而增加 CFRP层数对节点抗震性能的提高效果不明显。

目录

声明

1 绪 论

1.1 钢管结构概述

1.2 相贯节点

1.3 相贯节点的加固方法及研究现状

1.4 震损结构节点加固的意义

1.5 本文的研究工作

2 试验设计与准备

2.1 试验目的

2.2 试件设计

2.3 试验设备

2.4 试验加载过程

2.5 试件编号原则

2.6 本章小结

3 模拟地震损伤

3.1 A组试件模拟地震损伤

3.2 B、C两组试件模拟地震损伤

4 CFRP加固T型震损圆钢管节点试验过程

4.1 试件TS1-1.32Δs-A的试验过程及试验现象

4.2 试件TS1-1.03Δs-B的试验过程及试验现象

4.3 试件TS1-0.95Δs-C的试验过程及试验现象

4.4 试件TS2-1.32Δs-A的试验过程及试验现象

4.5 试件TS2-1.03Δs-B的试验过程及试验现象

4.6 试件TS2-0.95Δs-C的试验过程及试验现象

4.7 本章小结

5 CFRP加固T型震损圆钢管节点试验结果分析

5.1 节点试件的变形特点和破坏形式

5.2 滞回曲线

5.3 骨架曲线

5.4 变形能力分析

5.5 能量耗散

5.6 刚度退化

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文得出的主要结论

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文及科研项目