碳纤维布加固砌体柱的试验研究和有限元分析

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砌体结构是一种古老的建筑结构型式,在房屋建筑结构中应用广泛。但是由于砌体结构材料的脆性性质,其抗剪、抗拉和抗弯强度均很低,因此砌体房屋的抗震能力较差,而我国又是一个多地震的国家,随着使用年限的增加和抗震设防标准的提高,砌体结构的抗震及抗压加固问题就显得日益突出。碳纤维布加固技术是近些年来兴起的一种结构加固方法,因其具有质轻高强、施工便捷、耐腐蚀性及耐久性好,又不改变结构形状和不影响建筑外观等优点,使得碳纤维布加固技术在混凝土结构领域的研究相对成熟以后,近几年来在砌体结构领域也开始引起人们的关注(特别是碳纤维布加固技术所具有不改变结构形状和不影响建筑外观的优点,特别适用于历史文化建筑的加固),并作了一些探索性研究,但各方面的理论还不成熟,因此要进行广泛应用并制订技术规程还必需做大量的基础性研究工作。本文首先阐述了砌体结构在我国的发展现状和现有的加固方法,介绍了碳纤维布及其粘结材料的力学性能,综述了碳纤维布加固技术在国内外的研究与应用现状。然后从保护历史文化建筑出发,通过碳纤维布加固的六根砖柱在轴向荷载作用下的抗压试验,研究了碳纤维布对低强度砌体结构的抗压加固效果,对砖柱加固后的破坏形态、变形性能、极限承载力以及碳纤维布的受力特性进行了全面的分析,分别比较了不同加固方案的加固效果,讨论了影响碳纤维布加固后砖柱承载力提高的因素,在此基础上选取了其中有代表性的砖柱利用ANSYS有限元软件建立模型进行了计算分析,验证了实验数据的可靠性,并在此提出了碳纤维布加固后的砖柱在荷载作用下破坏趋势已经由脆性向延性方向发展。通过本文试验表明,在地震作用下碳纤维布加固能有效提高低强度砌体结构的抗压性能,在砌体结构中有广阔的应用前景。最后对试验进行了较全面的总结,并提出了碳纤维布加固砌体结构需要进一步研究的问题。
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