CFRP加固透榫节点抗震性能的研究

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中国是世界上的四大文明古国之一,中华文明源远流长,在浩瀚的五千年历史长河中,华夏儿女用他们的勤劳和智慧开创了独树一帜的木结构建筑体系。我国古代木结构建筑的特点就是梁与柱之间采用榫卯连接,这种连接方式的特点是榫头与卯口之间的接触是“半刚接”的。但是随着历史的不断发展,榫卯节点在长期荷载(结构自重、不均匀沉降等)、偶然荷载(地震、爆炸等)、可变荷载(风荷载、雪荷载等)作用以及外部环境(腐蚀、虫蛀等)的影响下出现了榫头开裂、变形、断裂以及脱榫等情况。在众多损伤情况中榫头变截面贯穿裂缝往往被忽视,因此本文针对榫头变截面贯穿裂缝对透榫试件抗震性能的影响进行研究。基于此,本文以T型透榫节点作为研究对象,首先,以榫头大头部分的长度作为变量制作两组不同尺寸的透榫节点,每组包含一个无损伤透榫节点(TS-W)、一个碳纤维布(CFRP)加固无损固透榫节点(TS-WJ)、一个损伤透榫节点(TS-S)和一个CFRP布加固损伤透榫节点(TS-SJ);然后,分别对两组试件进行水平低周往复加载实验,得到透榫节点的滞回曲线、骨架曲线、耗能曲线以及刚度退化曲线等;最后,参照相同的试验条件使用ABAQUS有限元软件对试件TS1-W、TS1-S、TS1-SJ进行数值分析,并将模拟得到的结果与试验结果进行对比分析,最终得到以下结论:(1)通过对试件的滞回曲线、骨架曲线、耗能曲线等分析研究可知,负向加载时榫头变截面的损伤对节点的受力性能以及耗能能力影响较小;(2)正向加载时,榫头变截面的贯穿裂缝会降低透榫节点的受力性能、耗能性能。如TS1-S的弯矩承载力比TS1-W、TS1-WJ、TS1-SJ的承载力平均下降了 0.47kN·m、0.77kN·m、0.70kN·m;TS2-S的弯矩承载力比TS2-W、TS2-WJ、TS2-SJ的承载力平均下降了 0.29kN·m、0.5kN·m、0.44kN·m;TS1-S的峰值割线刚度比TS1组其他试件的峰值割线刚度大约下降了 40.3%,TS2-S的峰值割线刚度比同组其它试件的峰值割线刚度大约下降了 26.89%;TS1-S的正向累计耗能为TS1-W正向累计耗能的65.99%、为TS1-WJ的54.53%以及为TS1-SJ的59.66%;TS2-S的正向累计耗能为TS2-W正向累计耗能的76.27%、为TS2-WJ的 64.76%以及为TS2-SJ的 76.24%;(3)试验结束后,无损伤透榫榫头的变截面处会出现贯穿裂缝。而采用CFRP加固后,榫头变截面处的裂缝未贯穿,裂缝长度大约在20mm~30mm之间。由此可知采用CFRP加固榫头的方式是有效的。(4)采用CFRP加固榫头后,能够加强榫头的整体性,提升节点正向加载的承载力以及耗能能力,并且采用CFRP加固后试件的承载力和耗能能力都比未加固试件的高,其中CFRP加固无损试件的累计耗能和承载力最高;CFRP加固的损伤试件的耗能能力、承载力以及刚度等都能够达到甚至超过无损伤的透榫节点。(5)将ABAQUS有限元软件模拟所得试件的变形情况、应力云图、滞回曲线以及骨架曲线进行分析研究可得到以下结论:所建模型能够准确的反映出各试件的应力分布特征和荷载变化等情况;模拟分析结果与拟静力试验结果吻合度较高,验证了模型的合理性和有限元分析方法的可行性。
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