碳纤维布加固后钢筋混凝土框架中层边节点的抗震性能研究

论文摘要

钢筋混凝土框架节点作为结构的一个重要部位,在框架结构中起着连接梁柱、传递和分配内力、协调结构构件之间的变形、保证结构整体性的作用,节点一旦破坏往往导致整体结构倒塌等严重灾害。因此,开展对钢筋混凝土框架结构空间节点的加固研究具有更重要意义。目前已有少量应用碳纤维布加固中层中节点的研究性试验,但大多数只针对平面节点问题,对于空间节点的研究较少。本文将以框架结构中层边节点为主要对象,重点对框架空间节点加固后的抗震性能加以研究。通过试验模拟及有限元分析,揭示碳纤维布加固框架空间节点的受力机理和合理的加固方式。本文共设计五个梁柱空间中层边节点试件,并以碳纤维布加固形式和节点核心区总折算体积配箍率为主要试验参数。其中一个为未加固的对比试件,其余四个试件采用不同的碳纤维布粘贴加固方法。通过ANSYS有限元法对这五个节点试件进行单调加载下的数值模拟分析,观察不同加固试件从裂缝开展直至破坏的全过程,对比分析其破坏形态、承载力、刚度等方面的差异,以寻求出最佳空间节点抗震加固方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 现有的节点补强加固技术
• 1.1.1 加大截面法
• 1.1.2 外包钢加固法
• 1.1.3 粘钢加固法
• 1.2 CFRP加固钢筋混凝土结构的技术特点
• 1.2.1 CFRP材料应用与加固领域的优缺点
• 1.2.2 CFRP加固混凝土结构技术的应用
• 1.3 框架节点受力性能研究及主要影响因素
• 1.3.1 框架节点的受力性能研究
• 1.3.2 影响框架节点抗剪强度的因素
• 1.3.3 钢筋混凝土框架节点抗震性能评价指标
• 1.4 CFRP加固钢筋混凝土空间立体节点的研究现状
• 1.4.1 研究现状
• 1.4.2 存在问题
• 1.5 本文的主要研究内容及预期目的
• 2 数值分析的理论基础
• 2.1 钢筋混凝土非线性有限元理论
• 2.1.1 有限元法综述
• 2.1.2 钢筋混凝土有限元模型
• 2.1.3 钢筋混凝土本构关系和破坏准则
• 2.1.4 钢筋混凝土的强化模型
• 2.1.5 钢筋混凝土开裂后的裂缝处理
• 2.1.6 钢筋混凝土有限元分析的一般步骤
• 2.1.7 非线性有限元分析
• 2.1.8 钢筋混凝土有限元数值计算方法
• 3 ANSYS程序计算原理
• 3.1 ANSYS程序简介
• 3.2 ANSYS中钢筋混凝土单元
• 3.2.1 混凝土单元
• 3.2.2 纵向受力钢筋单元
• 3.2.3 箍筋单元
• 3.3 ANSYS中碳纤维布单元
• 3.4 混凝土的材料性能
• 3.4.1 混凝土本构关系
• 3.4.2 混凝土的破坏准则
• 3.5 钢筋的材料性能
• 3.6 碳纤维布的材料性能
• 4 ANSYS程序有效性验证
• 4.1 验证试件尺寸及配筋
• 4.2 ANSYS中单元类型
• 4.3 材料特性
• 4.4 验证试件有限元模型的建立
• 4.5 有限元计算结果及分析
• 4.5.1 试件裂缝开展及破坏形态
• 4.5.2 梁端荷载-挠度关系曲线
• 4.5.3 试件开裂荷载及极限承载力
• 4.6 本章小节
• 5 碳纤维布加固钢筋混凝土框架中层边节点有限元分析
• 5.1 试件加固设计
• 5.1.1 试件设计的基本理论
• 5.1.2 试件设计
• 5.1.3 试件加固图
• 5.2 有限元模型的建立
• 5.2.1 单元类型
• 5.2.2 材料特性
• 5.2.3 试件有限元模型
• 5.2.4 试件有限元模型边界条件
• 5.3 有限元计算结果与分析
• 5.3.1 试件破坏过程
• 5.3.2 碳纤维布应变分析
• 5.3.3 混凝土应力分析
• 5.3.4 试件强度、刚度分析
• 5.4 碳纤维布加固钢筋混凝土空间节点抗剪承载力分析
• 5.5 本章小节
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录