钢筋混凝土植筋锚固构件抗震性能试验研究及有限元分析

摘要

植筋技术是一种比较成熟的混凝土结构加固施工技术,它以施工方便、工作效率高和适应性强等优点在新增结构构件的施工中得到普遍应用。植筋技术最关键的问题就是植筋的深度,因为植筋系统主要是依靠植筋胶与钢筋的粘结传力,植入钢筋越深,其能承受的拉拔力就越大。随着世界各地地震灾害的频频发生,建筑结构的抗震性能一直是土木工程专业人员非常重视的内容之一,通过植筋技术连接的新增钢筋混凝土锚固构件的抗震性能也是土木工程界近年来非常关注的方面。因此,对植筋系统的抗震性能研究具有重要的工程实际和理论意义。本文从试验、理论计算和设计分析三方面较系统地研究了钢筋混凝土植筋锚固构件的抗震性能,主要内容和成果如下:
　　 (1)进行了1个整体浇筑钢筋混凝土构件和4个植筋钢筋混凝土锚固构件在低周反复荷载下的抗震性能试验研究,较系统地对比分析了其破坏形态、承载力、滞回特性、延性、刚度衰减过程、耗能能力及钢筋应变等,分析了植入钢筋直径和锚固深度等因素对其性能的影响。结果表明:随着锚固深度的增加,植筋锚固构件的承载能力、刚度、延性及耗能能力均有所提高。
　　 (2)通过对1个植筋深度为10d的钢筋混凝土锚固构件和5个由锚栓加固后的植筋构件在低周反复荷载下的试验研究分析,较系统地比较了其破坏形态、承载力、滞回特性及延性等抗震性能。研究结果表明:试验中所用锚栓在承受反复拉拔力时锚固效果良好,提高了构件的屈服强度和峰值荷载,改善了构件的延性,尤其在试验后期,锚栓在限制构件承载力下降和位移增大方面起了重要作用;单锚构件的承载力和延性均优于双锚构件,在有限的范围内锚固多根锚栓,容易造成原有混凝土结构截面的削弱,导致构件加固效果反而降低。
　　 (3)以1个整体浇筑构件和2个JCT牌植筋锚固构件的抗震性能试验结果为基础,将试验结果数据与试验构件的承载力理论计算结果进行对比分析,可以得到以下结论:弹塑性截面分析方法可以应用于计算植筋钢筋混凝土构件的屈服承载力,理论值与试验值吻合良好。
　　 (4)利用ABAQUS有限元分析软件,建立三个三维实体模型,对其进行模拟位移加载,对比分析了构件模型的破坏形态、钢筋应力应变和承载力等。并将有限元分析结果与低周反复加载试验结果数据进行对比,研究结果表明:植筋深度为15d和20d的构件可以满足设计要求;用非线性弹簧单元SPRINGA模拟锚固深度范围内植筋胶与钢筋的粘结作用可以作为植筋构件受力分析的参考;钢筋应变集中在植入钢筋锚固段的上部,下部钢筋应变小。
　　 (5)依据相关植筋技术文献、行业标准和设计规范对植筋工程施工工艺流程、质量检验评定标准及现行规范的设计方法进行了系统的总结。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 植筋技术的特点及应用范围

1.3 化学锚栓技术的特点及应用范围

1.4 国内外研究进展

1.4.1 植筋锚固拉拔试验及破坏机理研究

1.4.2 植筋构件节点抗震性能的试验研究

1.4.3 植筋系统受力机理研究及有限元分析

1.5 本课题的研究意义和主要内容

1.5.1 研究意义

1.5.2 研究内容

1.6 本章小结

第2章 试验概况

2.1 试件的设计、制作及材料性能

2.1.1 模型设计及制作

2.1.2 材料力学性能

2.2 试验加载方案及测点布置

2.2.1 试验加载方案

2.2.2 测试内容及测点布置

2.3 本章小结

第3章 钢筋混凝土植筋锚固构件抗震性能试验研究结果分析

3.1 各试件破坏形态对比分析

3.2 承载力实测结果及分析

3.3 滞回曲线及分析

3.4 骨架曲线

3.5 延性分析

3.6 刚度退化

3.7 抗震分析

3.8 钢筋应变分析

3.9 本章小结

第4章 化学锚栓加固植筋构件的抗震性能试验研究结果及分析

4.1 试件破坏形态及分析

4.2 承载力分析

4.3 重复加卸载下构件的荷载-位移关系曲线

4.4 抗震性能和延性分析

4.5 本章小结

第5章 钢筋混凝土植筋锚固构件承载力计算分析

5.1 基本假定

5.2 材料力学模型

5.3 钢筋混凝土植筋锚固构件承载力理论计算

5.3.1 受拉混凝土开裂状态

5.3.2 纵向受拉钢筋屈服状态

5.4 构件极限承载力状态

5.5 承载力理论计算结果与试验数据的比较

5.5 本章小结

第6章 植筋锚固节点受力性能的有限元分析

6.1 ABAQUS应用软件介绍

6.2 有限元分析模型的建立

6.2.1 材料性质

6.2.2 单元类型及有限元网格

6.3 ABAQUS计算结果与试验结果的对比分析

6.3.1 混凝土构件破坏形态的对比分析

6.3.2 钢筋应力的对比分析

6.3.3 钢筋根部位移的对比分析

6.3.4 ABAQUS有限元分析模型与试验结果承载力对比分析

6.4 本章小结

第7章 植筋工程施工工艺及质量检验

7.1 植筋工程施工流程

7.2 对化学植筋材料的要求

7.2.1 对化学植筋用胶粘剂的要求

7.2.2 对植入钢筋的要求

7.3 对混凝土基材的要求

7.4 对化学植筋施工工艺的要求

7.5 植筋深度的设计要求

7.6 本章小结

结论和展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及参与科研项目

致谢