粘钢加固梁柱试验及非线性分析方法研究

论文摘要

粘钢加固作为一种常用的加固方法在工程中已被广泛采用,研究粘钢加固中的深层次问题是本领域的热点课题。本文通过大量的试验研究和计算分析,针对粘钢加固柱灌浆材料、柱加固角钢的锚固长度以及粘钢加固梁的加固效果和受力性能等进行了深入的研究,取得了有重要价值的数据和结果,对于建立该类加固方法的设计规范及实施该类加固施工,具有重要参考价值。本文的主要研究工作及创新成果有:（1）成功研制了一组专用于湿式外包钢加固的无机灌浆料-复合灌浆料,该类材料包括三种类型（G型、M型、L型）,它们分别用于外包钢加固中不同场合,其中G型料用于外包钢中的灌注,M型料用于外包钢中的表面处理、粘贴和密封,L型料用于连接在外包角钢的地下钢筋的锚固。通过试验证明它们的加固效果和施工方便程度与化学灌浆相比更好些,另外这些材料的价格比环氧树脂材料相对低的多,可以代替环氧树脂用于外包钢加固的灌浆。通过对各种灌浆料的比较,发现复合灌浆料综合性能更好。（2）本文通过对五组十个构件的试验研究,给出了不同锚固浆料下锚固长度的取值。在灌浆料强度、施工便宜性、抗老化和经济性四个方面对各种灌浆料进行比较,发现复合L型锚固料综合性能更好一些,为此类加固方法的设计与施工提供了重要依据。（3）试验结果分析表明,对于外包钢加固混凝土短柱,在高轴压比下,构件滞回曲线的骨架曲线下降段坡度较陡,构件的延性差。配箍率对滞回曲线有显著的影响,配箍率高的试件,其滞回曲线呈稳定丰满的梭形,循环次数多,强度衰减慢,变形能力大,使构件的抗震性能得到了显著的改善。（4）通过试验研究和理论计算,给出了外包钢加固钢筋混凝土框架柱的恢复力模型,并计算了各种加固情况的抗震性能指标,计算结果表明复合灌浆料加固的钢筋混凝土框架柱的抗震性能较为理想,为外包钢加固钢筋混凝土框架柱的整体结构抗震性能和动力反映计算提供了基础资料和依据,为我国的抗震规范和组合结构规范提供了重要依据。（5）目前在粘钢加固结构非线性分析领域所做的研究较少,所用分析模型多采用铁摩辛柯梁理论和分层有限元法,它们都没有考虑钢筋、混凝土和钢板彼此之间的滑移。本文尝试性的提出了一个新的方法,即采用分离式有限元模型,选取不同的单元类型来模拟混凝土和钢

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 混凝土结构加固概述
• 1.1.1 混凝土结构加固的意义
• 1.1.2 钢筋混凝土结构常用的加固方法
• 1.1.3 粘钢加固技术的优点
• 1.2 国内外粘钢加固技术的应用和研究现状
• 1.2.1 国外的应用和研究现状
• 1.2.2 国内的应用和研究现状
• 1.3 非线性有限元的发展状况
• 1.4 选题背景及研究内容
• 1.4.1 外包钢加固试验研究
• 1.4.2 粘钢加固梁的非线性分析
• 参考文献
• 第二章 外包钢加固试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试件的设计与制作
• 2.2.1 外包钢灌浆料的基本性能
• 2.2.2 外包钢结构试件
• 2.2.3 外包钢试件材料特性
• 2.2.4 外包钢试件设计计算
• 2.3 柱试验加载方法和测量分析手段
• 2.4 试验结果
• 2.4.1 短柱
• 2.4.2 长柱
• 2.5 复合灌浆料研制
• 2.5.1 灌浆材料的基本性能测试试件
• 2.5.2 几种灌浆料的比较
• 2.5.3 关于复合浆料
• 2.5.4 灌浆料研究结论
• 2.6 外包钢加固工艺
• 2.6.1 复合灌浆料的适用范围
• 2.6.2 表明处理工艺
• 2.6.3 灌浆工艺
• 2.6.4 养护
• 2.7 本章小结
• 参考文献
• 第三章 锚固试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 试件的设计与制作
• 3.2.1 试件概括
• 3.2.2 配方与标号
• 3.2.3 锚固灌浆工艺
• 3.2.4 钢筋特性
• 3.3 加载方法和测量分析手段
• 3.4 试验结果
• 3.4.1 试验结果一览表
• 3.4.2 试验结果说明
• 3.5 试验结果分析
• 3.5.1 锚固长度取值依据
• 3.5.2 锚固长度
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第四章 外包钢加固钢筋混凝土柱的抗震性能研究
• 4.1 外包钢加固钢筋混凝土柱的延性
• 4.1.1 位移延性系数μ的确定
• 4.1.2 外包钢加固混凝土柱的变形性能
• 4.1.3 外包钢加固钢筋混凝土柱的延性
• 4.2 外包钢加固钢筋混凝土柱的滞回特性
• 4.2.1 外包钢加固钢筋混凝土短柱的滞回特性
• 4.2.2 外包钢加固钢筋混凝土长柱的滞回特性
• 4.3 外包钢加固钢筋混凝土柱的恢复力模型
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 外包钢加固钢筋混凝土柱的恢复力模型
• 4.3.2.1 恢复力模型特征参数的确定
• 4.3.3 外包钢加固钢筋混凝土柱的恢复力模型计算的指标和试验指标的对比
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 外包钢加固钢筋混凝土框架柱的计算机分析
• 5.1 试验概况及计算简图选取
• 5.1.1 试验概况
• 5.1.1.1 试验构造及材料力学指标
• 5.1.1.2 柱试验加载方法和测量分析手段
• 5.1.2 计算模型的选取
• 5.2 计算机分析结果与试验结果的比较
• 5.3 本章小结
• 参考文献
• 第六章 粘钢加固钢筋混凝土构件的理论分析
• 6.1 粘钢加固构件的受力性能和破坏形态
• 6.1.1 粘钢加固构件的受力性能
• 6.1.2 粘钢加固构件的破坏形态
• 6.2 粘钢加固抗弯构件的正截面承载力
• 6.2.1 基本计算假定
• 6.2.2 受弯承载力计算公式
• 6.3 加固结构共同工作问题
• 6.3.1 粘结抗剪强度
• 6.3.2 粘接抗拉强度
• 6.3.3 整体工作系数φ值的确定
• 6.4 本章小结
• 参考文献
• 第七章 平面应力问题的有限元模型
• 7.1 钢筋混凝土的有限元模型分类
• 7.1.1 分离式模型
• 7.1.2 组合式模型
• 7.1.3 整体式模型
• 7.1.4 本文采用的有限元模型
• 7.2 混凝土单元的有限元模式
• 7.2.1 混凝土单元的位移模式
• 7.2.2 单元刚度矩阵与高斯积分
• 7.2.2.1 单元刚度矩阵
• 7.2.2.2 高斯积分法
• 7.2.3 对四结点等参单元的改进
• 7.3 钢筋、钢板单元的有限元模式
• 7.3.1 单元应变
• 7.3.2 单元应力
• 7.3.3 单元刚度矩阵
• 7.3.4 钢板的有限元模式
• 7.4 联结单元的有限元模式
• 7.4.1 双弹簧联结单元的单元特性
• 7.4.1.1 应变矩阵
• 7.4.1.2 应力矩阵
• 7.4.1.3 单元刚度矩阵
• h和k_v 的取值'>7.4.2 联结单元中刚度系数k_h和k_v的取值
• h 的选取'>7.4.2.1 k_h的选取
• v 的选取'>7.4.2.2 k_v的选取
• 7.5 本章小结
• 参考文献
• 第八章 各种单元开裂和屈服后的处理
• 8.1 混凝土单元开裂或破坏后的处理
• 8.1.1 混凝土材料的裂缝模式
• 8.1.2 单元受拉开裂的处理
• 8.1.3 单元受压破坏后的处理
• 8.1.4 将单元超额应力转化为等效结点力
• 8.1.5 调整单元刚度矩阵
• 8.2 钢筋单元屈服后的处理
• 8.3 联结单元破坏后的处理
• 8.4 本章小结
• 参考文献
• 第九章 三维实体非线性分析及模拟
• 9.1 混凝土的本构模型和破坏准则
• 9.1.1 混凝土的本构模型
• 9.1.1.1 非线性指标
• 9.1.1.2 等效一维应力一般关系表达式
• 9.1.1.3 割线泊桑比的计算
• 9.1.2 混凝土破坏准则
• 9.1.2.1 概述
• 9.1.2.2 Ottosen 准则
• 9.2 钢筋的本构模型
• 9.2.1 钢材的一般力学性能
• 9.2.2 钢筋的本构关系
• 9.3 非线性有限元分析的方法
• 9.3.1 增量法
• 9.3.2 迭代法
• 9.3.3 混合法
• 9.4 收敛标准
• 9.5 非线性分析步骤及程序框图
• 9.5.1 粘钢加固梁非线性分析步骤
• 9.5.2 程序框图
• 9.6 算例概况
• 9.6.1 算例梁
• 9.6.2 试件的粘钢情况
• 9.6.3 加载方式及加载制度
• 9.7 计算结果分析
• 9.8 ANSYS 分析
• 9.8.1 混凝土本构关系
• 9.8.2 钢材本构关系
• 9.8.3 试件建模
• 9.8.4 加载
• 9.8.5 计算结果分析
• 9.9 本章小结
• 参考文献
• 第十章 结论与展望
• 10.1 本文主要工作总结
• 10.2 本文主要创新性成果
• 10.3 进一步工作展望
• 攻读博士学位期间发表的学术论文及科研成果
• 致谢
• 作者简介