纤维布抗剪加固钢筋混凝土框架节点研究

摘要

梁柱节点作为钢筋混凝土框架结构的传力枢纽，在框架结构中起着连接梁、柱，协调构件变形，保证结构整体性的作用。节点的破坏是导致结构整体倒塌的一个重要诱因，这已为历次地震震害所证实。我国存在大量抗震性能不足的在役混凝土框架结构，研究有效的节点抗震加固方法具有重要的社会经济意义。 核心区粘贴纤维布进行节点加固的有效性已得到认可，但由于节点处梁筋和柱筋交汇，构造受力复杂，增大了研究节点加固的难度。从国内外的研究来看，纤维布加固技术的研究应用仍集中在梁柱基本构件上，对节点的研究不是很充分。由于对纤维布加固节点研究的深度与广度不够，且限于试验试件的数量，则对影响因素的考察种类与范围显得不足，这使基于少数试验所提出的相关加固设计方法存在一定的局限性。有限元仿真计算以材料的真实性为基础，不仅能全面揭示研究对象的微观应力、应变状况，便于分析加固节点的受力机理，而且能够通过大量算例，进一步扩大研究参数的种类和考察范围，从而最大限度地扩展节点加固的研究，是试验研究和理论分析的很好的补充。 本文通过ANSYS模拟纤维布加固前后的十字型、T型、L型节点，对比加固前后节点试件的裂缝、位移、应力应变，得出加固后节点的裂缝发展和核心区的剪切变形得到有效控制，破坏形态有所改善，证实了利用纤维布进行节点加固是一种有效的加固方式。另外，在对比过程中，对每种类型的节点都设计1个对比试件和6个加固试件，涉及纤维布加固率、纤维种类、加固方式这三个影响参数。对比分析表明：钢筋混凝土节点的抗剪承载力随着纤维布用量的增大而增强。在碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维中，加固效果最为理想的是碳纤维布，芳纶纤维布次之，玻璃纤维布较差。此外，纤维布粘贴方式对补强效率发挥着重要的影响作用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1钢筋混凝土框架节点加固的重要性

1.2现有加固方法的比较和研究

1.3粘贴纤维增强塑料(FRP)加固

1.3.1纤维增强复合材料的概念(组成)

1.3.2纤维增强复合材料的材料性能(类型、性能)

1.3.3纤维增强复合材料加固法的技术优势

1.3.4 FRP加固技术发展概况

1.3.5 FRP在混凝土结构中的具体应用

1.4 FRP钢筋混凝土框架梁柱节点抗剪加固的研究现状

1.4.1国外节点加固的情况

1.4.2国内的研究现状

1.5本文的主要工作

第二章钢筋混凝土框架节点受力性能

2.1节点构造

2.2框架节点的受力

2.3节点的抗剪机理模型

2.4 节点的变形

2.5节点的破坏

2.6影响节点抗震强度的因素

2.7节点加固的目的和原则

第三章纤维布加固钢筋混凝土框架节点的有限元分析模型

3.1有限元法(FEM)

3.1.1有限元概述

3.1.2有限元法的基本思想

3.1.3有限元法求解步骤

3.1.4有限元法在钢筋混凝土中的应用

3.2有限元分析的计算机软件ANSYSY

3.2.1概述

3.2.2 ANSYS求解步骤

3.2.3 ANSYS有限元软件的特点

3.3钢筋混凝土的非线性分析在ANSYS中的实现

3.3.1本构模型

3.3.2混凝土的破坏准则

3.3.3钢筋与混凝土之间的关系模型

3.3.4裂缝的模拟

3.4 ANSYS中定义塑性材料的方法

3.5 ANSYS有限元解的收敛性

3.6ANSYS单元类型的选取

3.6.1混凝土单元

3.6.2钢筋单元

3.6.3纤维布单元

3.6.4钢垫块单元

3.6.5单元之间的连接情况

3.7ANSYS单元的材料属性

3.7.1混凝土单元的材料属性

3.7.2钢筋的材料属性

3.7.3纤维布的材料属性

3.8 FRP加固框架节点有限元分析模型

3.8.1加固试件的模拟

3.8.2边界条件以及加载情况

第四章 有限元计算结果分析

4.1十字型节点

4.1.1裂缝图

4.1.2变形图

4.1.3混凝土应力

4.1.4混凝土应变

4.1.5纤维布的应力应变

4.1.6荷载位移图

4.2 T型节点

4.2.1裂缝图

4.2.2荷载位移图

4.2.3变形图

4.2.4混凝土应力

4.2.5混凝土应变

4.2.6纤维布的应力应变

4.3 L型节点

4.3.1裂缝图

4.3.2荷载位移图

4.3.3 MISIS应力

4.3.4.混凝土应变

4.3.5纤维布的应力应变

4.3.6水平加固L-1与45度对角加固L-6的比较

第五章应用纤维布加固混凝土框架节点的设计建议

5.1纤维布加固框架节点的抗剪承载力公式

5.2纤维布加固框架节点的设计建议

结论和展望

总结

展望

参考文献

致谢