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基于ANSYS的钢筋混凝土框架结构加固后整体抗震性能研究

作　者: 刘占元
导　师: 赵少伟
学　校: 河北工业大学
专　业: 建筑与土木工程
关键词: ANSYS 钢筋混凝土框架结构整体抗震性能碳纤维加固复合加固
分类号: TU375.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

钢筋混凝土框架结构是工业民用建筑中常见的结构形式之一，因其具有良好的整体性和延性，广泛应用于抗震设防地区。近年来随着地震的频繁发生，混凝土框架结构由于设计不合理，使用不当，年久失修等原因发生了不同程度的损伤。对混凝土框架结构进行加固补强以改善其抗震性能已成为国内外抗震研究的重点。碳纤维布加固方法与钢板加固方法是目前最常用的加固方法，两者各有其优缺点。因此，采用碳纤维和钢板复合加固混凝土框架结构以改善其整体抗震性能成为重要的研究方向。本文利用有限元软件ANSYS建立了三个钢筋混凝土框架结构模型模拟加固框架在水平低周反复荷载下的试验。其中，得到无加固模型KJ-1的力学性能指标和荷载-位移曲线与试验值对比，验证模型的合理正确性；无加固模型KJ-1、碳纤维加固模型KJ-2和碳纤维加固梁钢板加固柱的复合加固模型KJ-3的滞回曲线和骨架曲线、延性和耗能能力、刚度和承载力等力学性能进行对比分析，研究两种加固方法对框架结构加固后的整体抗震性能的影响。研究结果表明：无加固模型KJ-1的力学性能指标、荷载-位移曲线与试验结果拟合较好，模型建立正确；碳纤维加固方法和复合加固方法都可以提高框架结构的承载力、延性和耗能能力，延缓承载力与刚度的退化，提高框架结构的抗震能力；复合加固方法对承载力、延性、耗能能力的提高程度大于碳纤维布加固方法；在框架柱端，钢板发挥分担力的作用优于碳纤维。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-20
  §1-1 研究背景和意义  10-11
  §1-2 框架加固的目的及方法  11-15
    1-2-1 框架加固的目的  11
    1-2-2 框架加固的方法  11-15
  §1-3 CFRP 和钢板加固混凝土结构有限元法分析现状  15-19
    1-3-1 钢筋混凝土有限元法研究现状  15-16
    1-3-2 碳纤维加固混凝土结构的有限元研究现状  16-17
    1-3-3 钢板加固混凝土结构的有限元研究现状  17-19
  §1-4 本文研究的主要内容  19-20
    1-4-1 问题的提出  19
    1-4-2 主要研究内容  19-20
第二章加固钢筋混凝土结构有限元分析方法  20-32
  §2-1 混凝土结构有限元研究  20-21
  §2-2 结构非线性问题  21-22
  §2-3 各种材料的本构关系  22-25
    2-3-1 概述  22-23
    2-3-2 混凝土的本构关系  23-24
    2-3-3 钢筋与钢板的本构关系  24-25
    2-3-4 碳纤维材料的本构关系  25
  §2-4 单元类型  25-29
    2-4-1 钢筋混凝土单元  25-26
    2-4-2 钢筋单元  26-27
    2-4-3 碳纤维布单元  27-28
    2-4-4 钢板及刚性垫块单元  28-29
  §2-5 混凝土单元破坏准则  29-30
    2-5-1 Von Mises 强度理论  29
    2-5-2 Willam 一 Warnke 五参数破坏准则  29-30
  §2-6 ANSYS 计算中的非线性分析  30-31
    2-6-1 ANSYS 非线性分析计算方程  30
    2-6-2 求解设置和收敛条件  30-31
  §2-7 本章小结  31-32
第三章钢筋混凝土框架结构抗震试验和有限元计算  32-54
  §3-1 框架抗震试验概况  32-34
    3-1-1 试验目的  32
    3-1-2 试件的设计与制作  32-33
    3-1-3 框架试件材料参数  33-34
  §3-2 加载方案  34-35
  §3-3 试验结果与结论  35-37
    3-3-1 滞回曲线分析  35-36
    3-3-2 骨架曲线  36
    3-3-3 力学性能指标  36-37
  §3-4 有限元模型设计  37-42
  §3-5 ANSYS 分析过程  42-52
    3-5-1 钢筋混凝土结构有限元模型建立  42
    3-5-2 简化和基本假定  42-43
    3-5-3 前处理过程（Preprocessor）  43-48
    3-5-4 求解  48-50
    3-5-5 后处理过程（General Postprocess）  50-52
  §3-6 有限元模型合理性验证  52-53
    3-6-1 力学性能比较  52
    3-6-2 滞回曲线与骨架曲线比较  52-53
  §3-7 本章小结  53-54
第四章 ANSYS 有限元计算结果分析  54-79
  §4-1 钢筋混凝土框架模型破坏过程  54-58
    4-1-1 单调加载  54-56
    4-1-2 水平低周反复加载  56-58
  §4-2 框架模型滞回曲线和骨架曲线分析  58-65
    4-2-1 滞回曲线分析  58-61
    4-2-2 骨架曲线  61-65
  §4-3 框架延性分析与耗能能力分析  65-68
    4-3-1 延性分析  65-66
    4-3-2 框架耗能能力分析  66-68
  §4-4 框架刚度退化和承载力退化分析  68-71
    4-4-1 刚度退化分析  68-70
    4-4-2 承载力退化分析  70-71
  §4-5 钢筋的荷载-应变曲线分析  71-75
  §4-6 碳纤维布与钢板的应力分析  75-77
    4-6-1 碳纤维布应力分析  75-76
    4-6-2 钢板应力分析  76-77
    4-6-3 加固材料利用率  77
  §4-7 本章小结  77-79
第五章结论与展望  79-81
  §5-1 结论  79-80
  §5-2 展望  80-81
参考文献  81-84
致谢  84-85
攻读学位期间所取得的相关科研成果  85

基于ANSYS的钢筋混凝土框架结构加固后整体抗震性能研究

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