纤维布抗剪加固钢筋混凝土框架节点研究

论文摘要

梁柱节点作为钢筋混凝土框架结构的传力枢纽,在框架结构中起着连接梁、柱,协调构件变形,保证结构整体性的作用。节点的破坏是导致结构整体倒塌的一个重要诱因,这已为历次地震震害所证实。我国存在大量抗震性能不足的在役混凝土框架结构,研究有效的节点抗震加固方法具有重要的社会经济意义。核心区粘贴纤维布进行节点加固的有效性已得到认可,但由于节点处梁筋和柱筋交汇,构造受力复杂,增大了研究节点加固的难度。从国内外的研究来看,纤维布加固技术的研究应用仍集中在梁柱基本构件上,对节点的研究不是很充分。由于对纤维布加固节点研究的深度与广度不够,且限于试验试件的数量,则对影响因素的考察种类与范围显得不足,这使基于少数试验所提出的相关加固设计方法存在一定的局限性。有限元仿真计算以材料的真实性为基础,不仅能全面揭示研究对象的微观应力、应变状况,便于分析加固节点的受力机理,而且能够通过大量算例,进一步扩大研究参数的种类和考察范围,从而最大限度地扩展节点加固的研究,是试验研究和理论分析的很好的补充。本文通过ANSYS模拟纤维布加固前后的十字型、T型、L型节点,对比加固前后节点试件的裂缝、位移、应力应变,得出加固后节点的裂缝发展和核心区的剪切变形得到有效控制,破坏形态有所改善,证实了利用纤维布进行节点加固是一种有效的加固方式。另外,在对比过程中,对每种类型的节点都设计1个对比试件和6个加固试件,涉及纤维布加固率、纤维种类、加固方式这三个影响参数。对比分析表明:钢筋混凝土节点的抗剪承载力随着纤维布用量的增大而增强。在碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维中,加固效果最为理想的是碳纤维布,芳纶纤维布次之,玻璃纤维布较差。此外,纤维布粘贴方式对补强效率发挥着重要的影响作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 钢筋混凝土框架节点加固的重要意义
• 1.2 现有加固方法的比较和研究
• 1.3 粘贴纤维增强塑料（FRP）加固
• 1.3.1 纤维增强复合材料的概念（组成）
• 1.3.2 纤维增强复合材料的材料性能（类型、性能）
• 1.3.3 纤维增强复合材料加固法的技术优势
• 1.3.4 FRP 加固技术发展概况
• 1.3.5 FRP 在混凝土结构中的具体应用
• 1.4 FRP 钢筋混凝土框架梁柱节点抗剪加固的研究现状
• 1.4.1 国外节点加固的情况
• 1.4.2 国内的研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 钢筋混凝土框架节点受力性能
• 2.1 节点构造
• 2.2 框架节点的受力
• 2.3 节点的抗剪机理模型
• 2.4 节点的变形
• 2.5 节点的破坏
• 2.6 影响节点抗震强度的因素
• 2.7 节点加固的目的和原则
• 第三章 纤维布加固钢筋混凝土框架节点的有限元分析模型
• 3.1 有限元法（FEM）
• 3.1.1 有限元概述
• 3.1.2 有限元法的基本思想
• 3.1.3 有限元法求解步骤
• 3.1.4 有限元法在钢筋混凝土中的应用
• 3.2 有限元分析的计算机软件ANSYSY
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 ANSYS 求解步骤
• 3.2.3 ANSYS 有限元软件的特点
• 3.3 钢筋混凝土的非线性分析在ANSYS 中的实现
• 3.3.1 本构模型
• 3.3.2 混凝土的破坏准则
• 3.3.3 钢筋与混凝土之间的关系模型
• 3.3.4 裂缝的模拟
• 3.4 ANSYS 中定义塑性材料的方法
• 3.5 ANSYS 有限元解的收敛性
• 3.6 ANSYS 单元类型的选取
• 3.6.1 混凝土单元
• 3.6.2 钢筋单元
• 3.6.3 纤维布单元
• 3.6.4 钢垫块单元
• 3.6.5 单元之间的连接情况
• 3.7 ANSYS 单元的材料属性
• 3.7.1 混凝土单元的材料属性
• 3.7.2 钢筋的材料属性
• 3.7.3 纤维布的材料属性
• 3.8 FRP 加固框架节点有限元分析模型
• 3.8.1 加固试件的模拟
• 3.8.2 边界条件以及加载情况
• 第四章 有限元计算结果分析
• 4.1 十字型节点
• 4.1.1 裂缝图
• 4.1.2 变形图
• 4.1.3 混凝土应力
• 4.1.4 混凝土应变
• 4.1.5 纤维布的应力应变
• 4.1.6 荷载位移图
• 4.2 T 型节点
• 4.2.1 裂缝图
• 4.2.2 荷载位移图
• 4.2.3 变形图
• 4.2.4 混凝土应力
• 4.2.5 混凝土应变
• 4.2.6 纤维布的应力应变
• 4.3 L 型节点
• 4.3.1 裂缝图
• 4.3.2 荷载位移图
• 4.3.3 MISIS 应力
• 4.3.4 混凝土应变
• 4.3.5 纤维布的应力应变
• 4.3.6 水平加固L-1 与45 度对角加固L-6 的比较
• 第五章 应用纤维布加固混凝土框架节点的设计建议
• 5.1 纤维布加固框架节点的抗剪承载力公式
• 5.2 纤维布加固框架节点的设计建议
• 结论和展望
• 参考文献
• 致谢