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碳纤维布加固混凝土框架抗震性能研究及有限元分析

作　者: 朱俊涛
导　师: 王新玲
学　校: 郑州大学
专　业: 结构工程
关键词: 混凝土框架结构碳纤维布加固水平低周反复荷载有限元分析抗震性能
分类号: TU352.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着经济和社会的发展,由于城市规划改造、建筑物功能改变、建筑物老化、建筑物灾害损伤、设计标准提高或施工不当等诸多原因,需要对建筑物进行补强加固。碳纤维材料具有高强轻质、耐久性好易于施工等优越性能,愈来愈多的用于加固行业。目前,对碳纤维材料加固混凝土梁、柱、节点等构件性能的研究较多且已比较成熟,而对于碳纤维材料加固框架整体工作性能的研究还比较少。本文针对碳纤维布加固整体完好混凝土框架,进行了模拟地震作用下的试验及有限元分析。主要研究内容如下:以某二层钢筋混凝土工业厂房的一榀框架结构为原型,按1:3的缩尺模型,设计、制作了二榀钢筋混凝土框架:一榀未加固框架和一榀碳纤维布加固完好混凝土框架。然后分别对两榀框架进行模拟地震作用的水平低周反复荷载试验,使其达到最大承载力、形成机构体系。试验记录了框架的位移、钢筋和碳纤维布的应变、及裂缝开展情况。基于试验结果,主要分析了碳纤维布加固完好钢筋混凝土框架试件的裂缝发展、抗震能力及破坏特点;绘出了试件的滞回曲线、骨架曲线、钢筋和CFRP布的滞回曲线及刚度退化曲线;研究了碳纤维布加固完好混凝土框架结构的抗震性能。研究结果表明:加固后,混凝土框架的承载力明显提高;开裂荷载、屈服荷载均高于未加固框架;延性性能、滞回耗能能力亦较未加固框架强;碳纤维布加固减缓了框架刚度退化。因此,碳纤维布加固完好混凝土框架结构,具有良好的抗震性能。最后,利用有限元分析软件ANSYS,对试验进行了模拟分析,结果表明:采用有限元分析方法可以反映结构水平加载时的受力特点,对试验起到了补充作用。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-5
目录  5-8
第一章绪论  8-17
  前言  8
  1.1 CFRP加固完好混凝土梁、柱、节点等的研究现状  8-13
    1.1.1 CFRP加固混凝土梁的研究现状  9-11
    1.1.2 CFRP加固混凝土柱的研究现状  11-12
    1.1.3 CFRP加固混凝土框架节点的研究现状  12-13
  1.2 CFRP加固混凝土框架结构的研究现状  13-14
    1.2.1 CFRP加固混凝土框架结构在竖向荷载作用下的试验研究  13-14
    1.2.2 CFRP加固混凝土框架结构抗震试验研究  14
  1.3 CFRP加固混凝土结构的数值分析方法研究现状  14-15
  1.4 问题的提出  15-16
  1.5 本文研究的主要内容  16-17
第二章钢筋混凝土框架试验模型设计  17-27
  2.1 钢筋混凝土框架试验模型设计  17-18
    2.1.1 钢筋混凝土框架及试验模型设计  17-18
    2.1.2 材料力学性能  18
  2.2 钢筋混凝土框架内力及承载力的计算  18-24
    2.2.1 作用及荷载计算  18-20
    2.2.2 框架试件开裂荷载、屈服荷载的计算  20-24
  2.3 加固方案设计  24-26
    2.3.1 试件加固目的  24
    2.3.2 钢筋混凝土框架节点及梁柱加固方法、位置  24-25
    2.3.3 加固后构件各截面承载力计算  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章 CFRP布加固混凝土框架试件的抗震试验方案设计及试验结果分析  27-38
  3.1 试验方案设计  27-31
    3.1.1 试验目的  27
    3.1.2 试验加载装置及测试内容  27-28
    3.1.3 水平低周反复荷载试验加载方案  28-31
  3.2 试验过程及现象分析  31-36
    3.2.1 试验过程  31-32
    3.2.2 KJ-1的试验现象及分析  32-34
    3.2.3 KJ-2A的试验现象及分析  34-36
  3.3 CFRP布加固混凝土框架和未加固混凝土框架的性能比较分析  36-37
    3.3.1 各级荷载下最大裂缝比较  36
    3.3.2 KJ-1、KJ-2A承载力的比较  36
    3.3.3 KJ-1、KJ-2A试件水平位移及延性比较  36-37
    3.3.4 KJ-2A抗震能力分析  37
  3.4 本章小结  37-38
第四章 CFRP布加固完好混凝土框架抗震性能试验研究  38-53
  4.1 CFRP布加固完好框架试验滞回曲线和骨架曲线  38-41
    4.1.1 滞回曲线  38-40
    4.1.2 骨架曲线  40-41
  4.2 CFRP布加固框架的钢筋及碳纤维布滞回曲线  41-46
    4.2.1 框架钢筋滞回曲线  41-43
    4.2.2 框架碳纤维布滞回曲线  43-46
  4.3 碳纤维布加固完好混凝土框架延性、耗能及刚度和承载力退化分析  46-50
    4.3.1 框架延性分析  46-47
    4.3.2 框架耗能能力分析  47-48
    4.3.3 框架刚度退化性能分析  48-49
    4.3.4 框架承载力退化性能分析  49-50
  4.4 碳纤维布加固完好框架与未加固框架(KJ-1)抗震性能比较  50-52
    4.4.1 未加固混凝土框架(KJ-1)抗震性能  50-51
    4.4.2 KJ-2A和KJ1抗震性能比较  51-52
  4.5 本章小结  52-53
第五章 CFRP布加固钢筋混凝土框架有限元分析  53-68
  5.1 ANSYS有限元软件简介  53-54
    5.1.1 有限单元法  53-54
    5.1.2 ANSYS有限元软件及其发展  54
  5.2 有限元分析模型的建立  54-61
    5.2.1 钢筋混凝土结构有限元模型的选取  54-55
    5.2.2 模型建立所采用的单元  55-57
    5.2.3 材料本构关系及参数  57-59
    5.2.4 混凝土开裂与压碎的处理  59
    5.2.5 求解设置及收敛准则  59
    5.2.6 网格划分  59-61
  5.3 有限元计算结果分析及与试验结果对比  61-67
    5.3.1 单调水平加载计算结果分析及比较  61-62
    5.3.2 水平低周反复荷载计算结果分析及与试验的对比  62-66
    5.3.3 有限元计算结果与试验值比较  66-67
  5.4 本章小结  67-68
第六章结论与展望  68-70
  6.1 结论  68-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-75
攻读硕士期间发表的论文  75-76
致谢  76

碳纤维布加固混凝土框架抗震性能研究及有限元分析

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