CFRP网增强的高性能复合砂浆加固不同震损框架节点的抗震性能研究

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框架节点连接梁、板、柱,地震中节点遭受较大剪力造成破坏,导致整个框架结构失去整体性而造成倒塌。对大地震后建筑物震害调查表明,除少部分建筑物受损严重无法修复外,大部分建筑物处于轻中度受损,可经过破坏等级鉴定后进行加固修复,目前针对震损框架节点加固修复后的抗震能力研究非常有限,因此针对震损框架节点的抗震加固研究具有重要的意义。CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic)网增强的高性能复合砂浆加固法,综合了CFRP网抗拉强度高,容易施工,不会明显增大加固层厚度以及高性能复合砂浆变形能力、耗能能力、阻裂性、耐久性良好,与被加固结构的相容性好、强度高、延性好等优点。有着极大的研究空间。本文针对不同地震损伤程度的钢筋混凝土框架节点使用CFRP网增强的高性能复合砂浆进行加固,研究加固后的抗震性能差异。共制作了5个缩尺比例为1:2的平面框架节点,对其中3个进行不同程度的震损。预损程度分别为Δ_y、2Δ_y、3Δ_y,对其进行同等条件的加固。通过拟静力试验,数值模拟和理论分析,研究不同震损对CFRP网增强的高性能复合砂浆加固框架节点的抗震性能影响,主要研究结论列举如下:(1)CFRP网增强的高性能复合砂浆加固法是一种加固效果十分显著的加固方法,其中的CFRP网具有强于钢筋的抗拉能力和优于钢筋的柔韧性,作为高性能复合砂浆的增强相加固框架节点具有明显优势。本研究结果表明:破坏形态从加固前的脆性破坏转变成了加固后的延性破坏。加固后节点模型的承载力和延性系数得到了不同程度的提高,其中震损程度越大,承载力和延性系数提高幅度越小,其原因是混凝土损伤积累,加固层与原节点试验模型在受力时存在应变滞后,损伤越严重,这种应变滞后表现的越明显。(2)用该方法加固的钢筋混凝土框架节点,其滞回环的形状更加饱满,耗能能力有明显提高。对于加固后的节点模型,在循环加载后期仍然有损伤积累,混凝土内部的裂缝增多,梁内纵筋屈服滑移加大,所以同样存在捏缩现象,且随着原节点震损程度的增加,其捏缩程度越明显,耗能能力改善幅度也就越小。(3)分析刚度退化曲线,CFRP网增强的高性能复合砂浆加固节点可减缓刚度退化。由于加固层应变滞后,CFRP网应变较小,对节点试验模型的刚度贡献较小。随着位移的继续增加,节点试验模型变形增大,加固层发挥作用,刚度改善明显,且后期刚度退化比未加固节点的变得缓慢,震损程度对加固后节点的刚度退化影响不明显。但总体来说,震损程度越大,加固节点的刚度越低,即裂缝损伤程度越大,其不利影响越大。(4)对试验中的加固工艺流程进行归纳整理,总结出了利用CFRP网增强的高性能复合砂浆加固法加固不同震损框架节点的施工工艺,为以后的加固施工给出借鉴建议。(5)通过ANSYS有限元软件,对节点试验模型进行数值模拟。并对模拟得出的滞回曲线和骨架曲线与试验所得进行比较分析,发现二者的吻合度较高,准确的建立有限元模型分析可为试验做出预测性指导建议,并与试验结果互相验证。(6)根据已有相关研究成果以及试验所得数据对震损影响下的节点抗剪承载力公式进行理论推导,将抗剪承载力的公式计算结果与试验结果进行了对比分析,所建立公式具有较好的可靠性,可供工程人员参考。
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