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增设奚墙加固框架柱正截面研究与杭震性能分析

作　者: 范超
导　师: 王汝恒
学　校: 西南科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 增设翼墙法异形截面柱正截面承载力分析抗震性能 ANSYS
分类号: TU375.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

汶川地震的高烈度造成了大量框架结构的破坏,对于柱的破坏大多由抗弯刚度不足引起,震后加固工程中根据不同破坏机理选用合适的加固方法才能经济有效,规范规定,由抗弯刚度不足破坏的框架结构柱可采用增设翼墙法进行加固。目前,国内外对翼墙加固框架柱的研究还少见,基于此本文对该方法加固框架柱形成的异形截面柱进行正截面承载力研究及抗震性能分析。规范指出,由增设翼墙加固形成的异形截面柱按整体偏心构件进行教计算,由于方向角的存在异形截面柱的偏心受压分析与矩形柱的偏心受压计算存在明显的区别。本文沿用大量作者对异形柱的研究方法,通过计算机编程对本文所形成的特殊异形截面柱进行承载力分析,以得到各类异形截面柱在不同方向角作用下的N—M曲线,不同轴压比下的Mx—My曲线及M—φ曲线。通过对各类曲线进行分析可知,本文所研究的特殊异形截面柱与矩形偏心受压构件一样,其破坏可分为受拉破坏、受压破坏和界限破坏三种模式;方向角对有对称轴异形截面影响较无对称轴异形截面影响小;轴压比对各类异形截面M_x-M_y相关曲线的影响较大,当轴压比为0.5～0.6时,Mx-My相关曲线的包络面积最大,抗弯能力最强。加固后柱的延性直接关系到其抗震性能,由于实验条件受限,本文利用大型有限元分析软件ANSYS对各类异形截面进行有限元数值分析。分析结果表明,考虑了钢筋与混凝土之间的滑移以及混凝土刚度的退化ANSYS能模拟柱在低周往复作用下的受力性能。通过得到的不同轴压比下的滞回曲线及骨架曲线结果表明:翼墙加固矩形柱后承载力大幅提高但延性有所降低;增设翼墙的位置对柱承载力影响较小但会影响柱延性,当翼墙中心线与柱中心线重合时较好。本文还利用所编写的计算机程序对实际工程中加固前后柱的M_x-M_y包络曲线进行了对比分析,结果表明增设翼墙加固法能有效提高柱的承载力和刚度。由于篇幅有效本文未对加固后柱对梁的影响、结构整体性能的影响进行分析,这些问题还需要进一步的研究。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-17
  1.1 既有建筑加固改造业的发展现状  10
  1.2 既有建筑物加固改造的目的及意义  10-11
    1.2.1 既有建筑物加固改造的目的  10-11
    1.2.2 既有建筑物加固改造的意义  11
  1.3 既有建筑加固改造技术的特点  11
  1.4 本文研究的主要内容  11-16
    1.4.1 国内外研究现状  12-15
    1.4.2 目前研究存在的问题  15
    1.4.3 本文的研究工作  15-16
  1.5 本章小结  16-17
2 混凝土结构抗震加固原则及加固方法的选择  17-31
  2.1 结构抗震加固的一般原则  17-18
  2.2 结构加固的工作程序  18
  2.3 结构加固的常用方法及选择  18-28
    2.3.1 增大截面法  19-20
    2.3.2 外粘钢板法  20-22
    2.3.3 外贴碳纤维复合材料法  22-27
    2.3.4 增设翼墙加固法  27-28
  2.4 结构加固的基本原理  28-30
    2.4.1 加固结构受力特征  28
    2.4.2 加固结构共同工作问题  28-29
    2.4.3 混凝土加固结构承载力极限状态设计表达式  29
    2.4.4 卸载对加固结构承载力的影响  29-30
  2.5 本章小结  30-31
3 增设翼墙加固框架结构柱正截面承载力研究  31-53
  3.1 基本假定  31-32
  3.2 平截面假定的验证  32-35
    3.2.1 研究截面  33-34
    3.2.2 钢筋与混凝土单元选用及本构关系  34
    3.2.3 结果分析  34-35
  3.3 正截面承载力计算程序  35-41
    3.3.1 坐标系的建立  35-36
    3.3.2 计算公式  36-37
    3.3.3 坐标转换  37-41
  3.4 增设翼墙加固框架柱正截面承载力结果分析  41-50
    3.4.1 N—M 相关曲线分析  48-49
    3.4.2 Mx—My相关曲线分析  49-50
    3.4.3 M—φ相关曲线分析  50
  3.5 算例验证  50-51
  3.6 结论  51-53
4 基于 ANSYS 加固后异形截面柱抗震性能分析  53-83
  4.1 有限元计算模型  53-55
    4.1.1 分离式模型  53-54
    4.1.2 整体式模型  54
    4.1.3 组合式模型  54-55
  4.2 单元类型选择  55-61
    4.2.1 混凝土单元—SOLID65  55-58
    4.2.2 钢筋单元—LINK8  58-59
    4.2.3 弹性垫块单元—SOLID45  59
    4.2.4 接触单元—COMBINE39  59-61
  4.3 材料的本构关系  61-62
    4.3.1 混凝土的本构关系  61-62
    4.3.2 钢筋的本构关系  62
  4.4 ANSYS 分析中的技术要点  62-68
    4.4.1 混凝土破坏准则  62-64
    4.4.2 混凝土开裂及压碎的处理  64-65
    4.4.3 钢筋与混凝土之间粘结滑移的处理  65-66
    4.4.4 加固柱二次受力问题的处理  66
    4.4.5 收敛准则  66-67
    4.4.6 混凝土的刚度退化  67
    4.4.7 生死单元  67-68
  4.5 ANSYS 模型  68-70
  4.6 结果分析  70-83
    4.6.1 数值分析现象  70-77
    4.6.2 滞回曲线及骨架曲线分析  77-82
    4.6.3 结论  82-83
结论与展望  83-85
  1 结论  83-84
  2 展望  84-85
致谢  85-86
参考文献  86-91
攻读硕士学位期间发表的学术论文及研究成果  91

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