预应力钢板带-砖砌体组合墙抗剪性能研究

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在既有砖混结构房屋中竖向承重构件基本是砖砌体墙,其材料呈脆性。此类房屋在经过一定的使用年限后会产生一些功能的退化。对这些建筑进行加固、改造不仅仅可以提升其抗震性能,还可以满足当下建筑物功能改造的需求。鉴于目前常用的砖砌体墙的加固方法存在应力滞后、需要湿作业、对墙体的材料强度有要求等诸多问题,本文提出一种新型加固方法—预应力钢板带加固砖砌体墙。该加固方法是在既有砖砌体墙两侧布置正交矩形钢板带网格,且在横向钢板带中施加了预拉应力,钢板带与墙体之间通过对拉螺栓连接,属于干式连接。为了掌握预应力钢板带加固砖砌体墙的抗剪性能,本文对此开展了试验研究与相应的理论分析。本文首先以横向钢板带间距、横向钢板带预应力水平以及砂浆强度为研究参数,设计并完成了1片未加固砖砌体墙和4片预应力钢板带加固砖砌体墙的单调水平加载试验。通过试验得到试件的破坏特征和受力特点、峰值荷载和位移以及钢板带的应变发展过程。试验结果表明:预应力钢板带加固砖砌体墙对抗剪承载力提高约30%~36%,改善墙体的延性,增强变形能力;提高横向钢板带的预应力水平,可以增强对墙体变形和裂缝发展的限制作用,但预应力水平过高会导致墙体提早破坏;提高砌筑砖砌体墙的砂浆强度等级可以改善墙体的延性,提高组合墙的抗剪承载力和变形能力。在试验研究的基础上,本文利用ABAQUS有限元软件对预应力钢板带加固砖砌体墙进行有限元分析,建立了整体式有限元模型,并对比试验结果验证模型的合理性。之后通过对横向钢板带间距、横向钢板带预应力水平、砌体和钢板带的强度等级等影响因素的分析,得到预应力钢板带加固砖砌体墙的峰值荷载变化规律。分析结果表明:减小横向钢板带的间距可以提高组合墙的侧向刚度、抗剪承载力和变形能力;组合墙的抗剪承载力随着横向钢板带的预应力水平的提高先增大后减小,当横向钢板带有效预拉应力特征值达到0.226时达到最大;砌体强度越高,预应力钢板带加固后的组合墙抗剪承载力越高,但降低砌体强度可以增强加固效果;提高钢板带的强度等级可以提高组合墙的抗剪承载力,但钢板带的强度越低,其材料性能发挥越充分。最后,基于试验结果和有限元分析,提出了预应力钢板带-砖砌体组合墙的抗剪承载力计算公式。通过与试验结果的对比分析,结果表明所提出的计算公式具有较高的精度,可以供此类加固设计参考。
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