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粘贴钢板与CFRP复合加固混凝土异形柱抗震性能试验研究

作　者: 周明杰
导　师: 郑刚
学　校: 天津大学
专　业: 建筑工程技术与管理
关键词: 混凝土异形柱复合加固抗震性能试验研究粘贴钢板 CFRP
分类号: TU375.3
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

混凝土异形柱结构由于其构件自身的特点,与普通混凝土结构有许多不同之处。在异形柱结构发展和应用的各个阶段,不同版本的设计规程对其材料、配筋构造、适用范围、轴压比等的规定也存在着差异。近几十年来,结构抗震加固技术得到了迅速的发展与推广,但是针对混凝土异形柱结构的相关研究还较少。为了研究混凝土异形柱的抗震加固方法,完善相应的加固技术,本文设计制作了23根混凝土异形柱(包括7根L形柱、7根T形柱、4根十字形柱和5根Z形柱),并采用粘贴钢板、粘贴碳纤维布以及二者复合加固三种方法对其中19根实施了加固。对23根异形柱分别进行了水平低周反复荷载作用下的试验研究,观察了各构件的破坏过程和破坏形态,得到了水平荷载-位移滞回曲线,考察了构件中的钢筋、钢板和碳纤维布的应变发展。试验结果表明,采用粘贴钢板加固时,其水平极限荷载可以提高40%以上,延性和抗震耗能能力没有明显改善;采用满包方式粘贴碳纤维布加固时,其水平极限荷载约提高30%~40%,正负两向延性系数平均值提高60%以上;采用复合加固时,以上两种加固方法所达到的加固效果均能够较好地实现。采用有限元分析的方法对混凝土异形柱和复合加固异形柱进行了水平荷载作用下的计算分析,计算结果与试验结果吻合较好。表明本文所建立的复合加固异形柱的计算模型及选取的本构关系合理,计算方法可靠,可进一步推广应用于复合加固混凝土异形柱的计算分析。在试验研究和有限元分析的基础上,探讨了复合加固异形柱的加固作用机理。碳纤维布条带包裹时,起到的作用类似于箍筋,可改善构件延性;碳纤维布满包时,除了起到类似箍筋的作用外,还可使混凝土抗压强度在横向约束的作用下有所提高,同时其抗拉强度在构件纵向发挥作用而直接参与受力。以此为依据,给出了工程轴方向复合加固异形柱的正截面承载力计算公式。本文的创新点主要有:首次提出并研制用于混凝土异形柱的粘贴钢板和碳纤维布复合加固方法;通过对复合加固后异形柱进行水平低周反复荷载作用下的抗震性能试验研究,考察加固后异形柱的破坏特征,分析其承载能力、延性和抗震耗能能力;在试验研究和有限元分析计算基础上,给出了实用的复合加固混凝土异形柱正截面承载力计算公式。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章前言  9-28
  1.1 混凝土异形柱结构的发展与应用概况  9-14
    1.1.1 混凝土异形柱及其结构体系  9
    1.1.2 混凝土异形柱结构体系的起源、发展与应用  9-10
    1.1.3 混凝土异形柱结构设计规范的演变  10-11
    1.1.4 混凝土异形柱的国内外研究概况  11-14
  1.2 混凝土柱的复合加固技术  14-21
    1.2.1 纤维增强复合材料加固混凝土柱  15-19
    1.2.2 混凝土柱复合加固技术  19-21
  1.3 混凝土异形柱结构加固技术的研究意义与背景  21-26
    1.3.1 概述  21-22
    1.3.2 异形柱规程演变带来的问题  22-23
    1.3.3 多层钢筋混凝土结构的震害  23-26
  1.4 本文的主要研究内容  26-28
第二章混凝土异形柱试件制作及加固  28-45
  2.1 混凝土异形柱试件的制作  28-30
    2.1.1 异形柱试件的设计与制作  28-29
    2.1.2 试件所用材料的力学性能指标  29-30
  2.2 混凝土异形柱加固  30-43
    2.2.1 加固材料的力学性能  30-33
    2.2.2 加固方法及实施方案  33-40
    2.2.3 加固效果初步分析  40-43
  2.3 本章小结  43-45
第三章加固混凝土异形柱抗震性能试验研究  45-93
  3.1 试验装置和测试方法  45-49
    3.1.1 试验装置和加载方法  45-46
    3.1.2 试验中的测点布置及测试内容  46-48
    3.1.3 试验加载制度  48-49
  3.2 试验现象  49-59
    3.2.1 未加固异形柱  49-50
    3.2.2 粘钢加固异形柱  50-52
    3.2.3 CFRP加固异形柱  52-53
    3.2.4 复合加固异形柱  53-57
    3.2.5 复合加固破损异形柱  57-59
  3.3 测试结果  59-82
    3.3.1 L形柱测试结果  59-66
    3.3.2 T形柱测试结果  66-82
  3.4 抗震性能分析  82-91
    3.4.1 不同加固方法对抗震性能的影响  82-88
    3.4.2 复合加固前受力情况对其抗震性能的影响  88-91
  3.5 本章小结  91-93
第四章加固异形柱的有限元分析  93-109
  4.1 异形柱及加固混凝土构件的有限元分析  93-97
    4.1.1 钢筋混凝土异形柱  93-95
    4.1.2 粘钢加固混凝土柱  95-96
    4.1.3 纤维增强材料加固混凝土柱  96-97
  4.2 复合加固异形柱有限元模型  97-102
    4.2.1 建模  97
    4.2.2 模型单元的选取  97-98
    4.2.3 本构关系及破坏准则  98-100
    4.2.4 划分网格  100-101
    4.2.5 求解设置  101-102
  4.3 混凝土异形柱有限元计算结果及分析  102-108
    4.3.1 未加固混凝土异形柱有限元模拟计算  102-104
    4.3.2 复合加固混凝土异形柱有限元模拟计算  104-108
  4.4 本章小结  108-109
第五章加固异形柱抗震性能理论分析  109-118
  5.1 复合加固异形柱的作用机理  109-114
    5.1.1 粘钢加固的作用机理  109-111
    5.1.2 横向包裹碳纤维布加固的作用机理  111-114
  5.2 复合加固混凝土异形柱的正截面承载力计算  114-117
    5.2.1 碳纤维布条带包裹时的正截面承载力计算  114-115
    5.2.2 碳纤维布满包时的正截面承载力计算  115-117
  5.3 本章小结  117-118
第六章结论与展望  118-121
  6.1 结论  118-120
  6.2 展望  120-121
参考文献  121-130
发表论文和科研情况说明  130-131
致谢  131

粘贴钢板与CFRP复合加固混凝土异形柱抗震性能试验研究

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