碳纤维增强复合材料加固钢筋混凝土梁柱节点的加固性能研究

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建筑结构的加固史已长达几十年,经多人研究、实践,形成了改变传力途径法、增设支点法、加大截面法、外包钢法、预应力法、卸载法、外部粘贴纤维等加固方法。碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced composite)加固钢筋混凝土(Reinforced concrete)结构始于20世纪80年代,在建筑领域最先使用CFRP加固结构的国家是日本,由于CFRP具有重量轻、强度高、弹性模量大等优点而受到学术界和建筑界的关注,并被逐渐推广使用。如今,很多建筑界的研究学者对CFRP加固的RC结构与构件进行研究,主要研究范围包括梁、柱与板,对它们主要进行抗剪性能与抗弯性能方面的研究。近些年来地震频发,框架结构的梁柱连接部位属于结构受力薄弱区,地震作用下易发生损坏,针对这种情况,本文对CFRP加固的RC结构作了抗震方面的研究。论文的主要研究对象是梁柱节点,两组梁柱节点分别取自框架结构的边缘和中间部位,做模拟时采用的加载方式为低周反复荷载,它能很好的反映地震荷载作用形式。论文的主要研究目的是对比节点加固前后的抗剪性能、承载力、延性、强度、刚度、耗能能力等,做模拟需要用到的工具是ABAQUS,需要得出的结果应该包括滞回曲线、CFRP应力云图、混凝土第三主应力云图、钢筋应力发展过程等,最后对得出的数据进行验证,并作出分析,得出最终的结论。模拟过程需要注意的是,为了减小箍筋对模拟结果的影响,结合前辈研究的经验,在建模过程中采用最佳配箍率,为了让CFRP更符合假定情况,选择性能优良的CFRP。文章的具体工作如下:(1)首先,对节点破坏形式做了简单介绍,总结了传统的结构加固方法,并对CFRP加固钢筋混凝土结构的研究现状进行归纳,对碳纤维增强复合材料加固钢筋混凝土梁柱节点的国内外研究现状进行了总结。(2)其次介绍了有关钢筋混凝土有限元分析的理论部分,分别介绍了混凝土的单元模型和裂缝模型。列出梁柱节点类型,并对其受力机理作了介绍,总结了影响梁柱节点抗震性能的几个主要因素,归纳了地震作用下的钢筋混凝土框架结构抗剪承载力公式。(3)接着按照抗震设计规范,利用ABAQUS软件分别对加固前后的梁柱节点模型进行拟静力模拟,对比分析加固前后节点的破坏形式、CFRP应力分布、混凝土应力分布、极限荷载、极限位移、滞回曲线与延性系数。(4)最后,对框架结构十字节点的模拟结果进行分析,得出CFRP粘贴部位对试件承载力的影响。最后总结CFRP层数对结构承载力的影响,对比模拟的结果,得出CFRP的最佳粘贴方式与最经济的CFRP用量。
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