系锚碳纤维间接加固砼框架中节点受力性能的试验研究与有限元分析

论文摘要

混凝土框架结构中,节点是一个非常重要的部位,一旦破坏将导致整体结构的倒塌。目前有关的加固研究多以直接加固节点核心区的平面框架节点为研究对象,其成果难以应用于工程实际。采用碳纤维加固与节点相连的梁柱端部来提高节点承载力的间接加固方式更适合于实际工程中带正交梁板的框架节点加固。本文结合湖南省自然科学基金和省科技计划重点课题,对4个碳纤维布间接加固混凝土框架中节点的受力性能进行了试验研究和数值模拟分析,探讨了系锚碳纤维间接加固混凝土框架节点的工作机理和承载力计算方法。主要工作和研究成果如下：1)通过4个1：2的碳纤维布间接加固混凝土框架中节点的单向加载模型试验,研究了梁端穿翼碳纤维封闭条箍、阴角系锚U型碳纤维条箍和穿翼螺杆+钢板系锚碳纤维条箍等不同锚固方式下,加固节点的受力性能、变形特征和工作机理。2)试验结果表明,梁端采用穿翼螺杆+钢板系锚碳纤维条箍锚固的加固方式能有效避免梁柱端纵向纤维的剥离,明显提高节点的极限承载力。3)对四个节点试件进行了数值模拟分析,探讨了加固节点的破坏形态、承载能力及变形情况,有限元分析结果与试验结果吻合良好。4)推导了系锚碳纤维间接加固混凝土框架节点梁端抗弯、抗剪及节点核心区抗剪承载力的计算公式,公式计算结果与试验结果、有限元数值模拟结果吻合良好,可供加固设计参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 混凝土框架节点加固研究意义
• 1.2 钢筋混凝土框架节点加固既有技术及不足
• 1.2.1 框架节点的破坏形式
• 1.2.2 常用的框架节点加固方法
• 1.3 FRP加固混凝土框架节点的研究现状及存在问题
• 1.4 系锚碳纤维布间接加固混凝土框架节点方法的特点和优势
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 试件的设计、制作及加固方案
• 2.1 试验节点的设计及制作
• 2.2 试验节点的加固方案
• 2.3 试验参数测试内容及方法
• 2.4 试验节点加载装置及加载制度
• 2.4.1 加载装置
• 2.4.2 试验加载制度
• 2.5 试验用材料力学参数
• 2.6 本章小结
• 第三章 系锚碳纤维间接加固砼框架节点试验结果分析
• 3.1 试验现象描述
• 3.2 试验结果及分析
• 3.2.1 特征荷载及破坏形态
• 3.2.2 荷载—梁端挠度曲线
• 3.2.3 梁、柱纵筋荷载—应变曲线
• 3.2.4 节点区箍筋荷载—应变曲线
• 3.2.5 碳纤维布荷载—应变曲线
• 3.2.6 贯穿节点梁筋粘结-滑移特征
• 3.2.7 梁端截面应变分析
• 3.2.8 破坏机理分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 系锚碳纤维布间接加固砼框架节点的有限元分析
• 4.1 有限元软件模拟钢筋混凝土结构计算方法简介
• 4.2 钢筋混凝土本构关系和强度准则
• 4.2.1 混凝土的本构关系及破坏准则
• 4.2.2 钢筋的本构关系及强化准则
• 4.2.3 碳纤维布的本构关系
• 4.3 钢筋混凝土有限元分析模型
• 4.3.1 混凝土单元
• 4.3.2 钢筋单元
• 4.3.3 碳纤维布单元
• 4.3.4 钢板单元
• 4.3.5 界面模拟单元
• 4.3.6 边界条件和加载方式
• 4.3.7 有限元分析模型
• 4.4 有限元结果及分析
• 4.4.1 试件有限元模型的建立
• 4.4.2 节点裂缝分布图
• 4.4.3 节点承载力和挠度分析
• 4.4.4 混凝土应力图分析
• 4.4.5 钢筋应力图分析
• 4.4.6 碳纤维布应力图分析
• 4.4.7 贯穿节点梁筋粘结-滑移分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 系锚碳纤维布间接加固砼框架节点承载力计算
• 5.1 系锚碳纤维间接加固节点承载力影响因素
• 5.1.1 轴向力
• 5.1.2 核心区水平箍筋
• 5.1.3 混凝土强度
• 5.1.4 楼板和梁腋
• 5.1.5 节点垂直钢筋和柱子纵向钢筋
• 5.1.6 节点梁柱端纵筋配筋率和箍筋配箍率
• 5.1.7 节点梁柱端纵向碳纤维加固用量
• 5.1.8 节点梁柱端横向碳纤维加固用量和锚固方式
• 5.2 节点梁端抗弯承载力计算
• 5.2.1 基本假定
• 5.2.2 节点梁端屈服荷载计算
• 5.2.3 节点梁端抗弯承载力计算
• 5.3 节点梁端抗剪承载力计算
• 5.4 节点核心区承载力计算
• 5.5 节点极限承载力计算值与试验结果、数值分析结果的对比分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的主要研究成果