CFRP网增强的高性能复合砂浆抗震加固框架节点方法的研究

摘要

框架节点是框架结构中最关键的部位，也是现有抗震规范中要求最严的部位，然而在以往的框架结构中，由于施工或者设计等各方面原因导致现在大量旧房屋的节点有各种质量问题，是人类的生命安全和财产的巨大隐患，所以框架节点加固方法的的研究是十分有价值、有意义的。钢筋网增强的高性能水泥复合砂浆薄层(HPFL)加固RC结构的方法以其良好的综合性能取得了丰富的研究成果，且被广泛推广运用。CFRP网与钢筋网相比更具轻质、高强、高模量、柔软易施工、耐久、耐腐蚀、耐疲劳、防磁、抗屏蔽、抗剥离，降低加固层厚度等特点。这种以CFRP网替换钢筋网的将CFRP网内置于高性能水泥复合砂浆抗震加固框架节点的方法将更具综合优势，对其进行系统研究将具有重要的工程实际意义和理论研究价值。本文采用节点模型的现场试验观测、数值模拟与理论分析相结合的方法，研究加固节点的抗震性能，建立相应的计算理论，提出实用可靠的承载力计算公式和加固施工工艺及构造措施。通过三方面的研究最终得出的主要研究结论有：　　1、通过不变轴压比下的低周往复加载试验研究发现，CFRP网增强的高性能复合砂浆加固十字型框架节点的方法可以有效改善其抗震性能。主要包括：加固后试件的承载力、抗裂性、刚度、延性及耗能能力有明显改善。破坏形态已由加固前的节点核心区剪切破坏转变为加固后的节点核心区附近的梁端弯曲破坏。对加固效果改善机理进行了分析。　　2、通过对“平铺2层网格加固法”、“平铺网格—斜向布置碳纤维丝束加固法”、“平铺网格—斜向布置碳纤维丝束—复合砂浆加腋三者相结合的联合加固法”的对比试验研究，发现第三种联合加固法的效果是最优异的，且工艺简单，施工质量容易保证。　　3、ANSYS有限元数值模拟结果与试验实测结果符合程度较高；验证了所选取或建立的有限元单元法模型的合理性，利用该模型可对实际工程结构加固进行预测。　　4、推导了一套用CFRP网增强的高性能复合砂浆抗震加固框架节点范围的各种承载力计算公式，提出了一套加固施工工艺，可供工程人员及后续研究人员参考。

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ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 现有钢筋混凝土加固方法优缺点分析

1.3 国内外加固RC框架节点研究现状及发展动态分析

1.3.1 国外加固RC框架节点研究现状及发展动态

1.3.2 国内加固RC框架节点研究现状及发展动态

1.3.3 国外用CFRP网加固RC结构研究现状及发展动态

1.3.4 国内用CFRP网加固RC结构研究现状及发展动态

1.4 本文研究的意义

1.5 本文主要研究内容

1.5.1 模拟地震作用下室内大比例节点模型对比试验研究

1.5.3 加固节点的有限元数值模拟

1.5.4 地震作用下加固框架节点的理论分析方法研究

第二章 CFRP网增强的高性能复合砂浆抗震加固框架节点的试验研究

2.1 试验目的

2.2 试件模型的设计与制作

2.2.1 试验模型与加固设计方案

2.2.2 加固流程及要点

2.3 材料力学性能

2.3.1 混凝土材性测试

2.3.2 钢筋材性测试

2.3.3 高性能复合砂浆材性测试

2.3.4 碳纤维网格材性测试

2.4 加载和数据采集

2.4.1 试验测试内容

2.4.2 试验加载装置

2.4.3 实验加载制度

2.4.4 试验数据采集

2.5 试验结果与抗震性能分析

2.5.1 试验现象与分析

2.5.2 滞回特性及耗能能力分析

2.5.3 骨架曲线分析

2.5.4 承载力及延性分析

2.5.5 刚度退化分析

2.5.6 钢筋荷载-应变曲线分析

2.5.7 高性能复合砂浆与碳纤维网格的荷载-应变曲线分析

2.6 本章小结

第三章 ANSYS有限元数值模拟

3.1 引言

3.2 RC框架节点试件有限元模型的建立

3.2.1 单元选取

3.2.2 材料参数

3.2.3 材料的本构模型

3.2.4 模型建立与网格划分

3.3 有限元模型的加载与求解

3.4 有限元模拟结果与试验结果对比分析

3.4.1 滞回曲线对比分析

3.4.2 骨架曲线对比分析

3.5 本章小结

第四章 框架节点加固理论计算

4.1 框架节点受力分析

4.2 节点的抗剪机理模型

4.3 节点破坏类型

4.4 加固节点理论计算的基本假定

4.5 节点核心区各承载力计算公式

4.5.1 节点试件的极限水平承载力计算

4.5.2 节点区梁端与柱端承载力计算公式

4.5.3 节点的抗剪承载力计算公式

4.6 实测值、模拟值及理论值的比较

4.7 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的主要成果

致谢