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粘贴钢板和碳纤维布复合加固混凝土T形柱试验研究及有限元分析

作　者: 牛洁
导　师: 周明杰
学　校: 河北工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 粘贴碳纤维布粘贴钢板复合加固 T形柱抗震性能试验研究有限元分析
分类号: TU375.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着异形柱使用年限的增加，一些异形柱结构已经经历过地震作用并且发生了一些损坏，一些异形柱结构由于相关规范的完善更新使原有的设计不能满足现有的设计要求。以上原因使需要加固的异形柱逐渐增多。经研究表明异形柱在各方面性能上均与矩形柱有差别，而我国对于异形柱的抗震加固研究还处于空白阶段。所以对异形柱的抗震加固研究十分有必要。本文采用粘贴钢板、粘贴碳纤维布及两者复合加固三种方法对6根钢筋混凝土T形柱进行加固。并对以上6根加固柱及1根未加固柱进行低周反复荷载作用下的抗震性能试验分析。试验中主要分析不同加固方式及加固前混凝土T形柱的破损情况对T形柱抗震性能的影响。试验结果表明：粘贴钢板加固后，T形柱的正截面承载力显著提高；粘贴碳纤维布加固后，T形柱的延性明显改善，若碳纤维布满包则其正截面承载力也有提高；粘贴钢板和碳纤维布复合加固后，T形柱的承载能力、延性及抗震耗能能力都有显著改善；混凝土T形柱加固前的破损情况对T形柱的承载力、延性及耗能能力均有减弱的影响。在试验的基础上选择适合各种材料的本构关系并确定相关材料参数，利用ANSYS有限元分析软件对复合加固T形柱进行非线性有限元分析。计算得到的荷载-位移曲线与试验结果基本吻合。在此基础上对复合加固柱碳纤维布满包试件沿截面形心X轴方向的水平承载力进行了计算分析，分析表明：复合加固后混凝土压应力有所提高；碳纤维布应力发展不均匀，在受拉一侧翼缘根部出现应力集中，并且碳纤维布应力随试件高度的不同而减小；翼缘处粘贴钢板强度发挥充分，腹板处粘贴的钢板几乎没有发挥作用。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-16
  1-1 抗震加固背景  9-10
    1-1-1 地震危害及抗震规范的发展  9
    1-1-2 混凝土加固技术发展前景  9-10
  1-2 异形柱的研究现状  10-11
    1-2-1 异形柱特点  10
    1-2-2 异形柱的研究成果  10-11
  1-3 钢筋混凝土柱加固技术研究现状  11-14
    1-3-1 纤维加固柱的试验研究  11-12
    1-3-2 纤维加固柱有限元分析  12-13
    1-3-3 复合加固混凝土柱研究现状  13-14
  1-4 异形柱加固意义  14
  1-5 本文研究内容  14-16
第二章试验设计及试验方法  16-24
  2-1 试件设计与制作  16
  2-2 混凝土T 形截面柱加固  16-19
    2-2-1 混凝土结构加固基本原则  16-17
    2-2-2 加固方法及方案  17-19
  2-3 试件及加固材料力学性能  19-20
  2-4 试验方案  20-22
    2-4-1 试验方法及加载制度  20-21
    2-4-2 试验装置  21-22
  2-5 试验测量内容及测点布置  22-23
  2-6 本章小结  23-24
第三章试验现象及结果分析  24-41
  3-1 试验现象及破坏特征  24-28
    3-1-1 未加固T 形柱试验现象  24
    3-1-2 粘贴钢板加固 T 形柱试验现象  24-25
    3-1-3 粘贴碳纤维布加固 T 形柱试验现象  25-26
    3-1-4 复合加固 T 形柱试验现象  26-28
  3-2 承载力、位移实测结果及分析  28-29
  3-3 滞回特性分析  29-32
    3-3-1 滞回曲线  29-31
    3-3-2 骨架曲线  31-32
  3-4 延性分析  32-33
  3-5 耗能能力分析  33-34
  3-6 刚度退化分析  34-36
  3-7 材料应变分析  36-39
    3-7-1 钢筋应变  36-37
    3-7-2 钢板应变分析  37-38
    3-7-3 碳纤维布应变分析  38-39
  3-8 本章小结  39-41
第四章复合加固混凝土 T 形柱有限元分析  41-50
  4-1 钢筋混凝土结构非线性有限元分析概述  41
  4-2 材料模型  41-45
    4-2-1 混凝土屈服准则及破坏准则  41-42
    4-2-2 混凝土裂缝的处理  42-43
    4-2-3 混凝土本构关系  43-44
    4-2-4 钢板和钢筋的本构关系  44-45
    4-2-5 碳纤维本构关系  45
  4-3 粘贴钢板和碳纤维布加固 T 形柱的有限元模型  45-49
    4-3-1 单元选取及参数输入  45-46
    4-3-2 有限元模型处理方式  46-47
    4-3-3 网格划分  47
    4-3-4 边界条件处理  47-48
    4-3-5 收敛准则  48-49
  4-4 本章小结  49-50
第五章有限元计算结果对比及分析  50-61
  5-1 未加固柱计算结果分析  50-51
    5-1-1 未加固柱试验现象  50
    5-1-2 计算结果分析  50-51
  5-2 加固柱有限元计算结果与分析  51-57
    5-2-1 单调加载荷载—位移曲线  51-53
    5-2-2 混凝土轴向应力分布  53-54
    5-2-3 碳纤维布应力分布  54-56
    5-2-4 钢板应力分布  56-57
  5-3 不同加载角度的影响  57-60
    5-3-1 单调加载荷载—位移曲线  57-58
    5-3-2 应力云图分析  58-60
  5-4 本章小结  60-61
第六章结论和展望  61-63
  6-1 研究结论  61
  6-2 研究展望  61-63
参考文献  63-66
致谢  66-67
攻读学位期间所取得的相关研究成果  67

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