碳纤维布加固受损混凝土框架节点抗震性能研究

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混凝土框架结构中,节点负责梁柱之间内力的传递和分配,协调构件间的变形,并确保结构的整体性,是混凝土框架结构重要的组成部分之一。工程实践表明,现存的部分混凝土框架结构的抗震能力并不能满足安全使用要求,因此对这部分结构的节点采取加固措施具有相当重要的工程实践意义。目前国内外已经有很多关于碳纤维加固框架节点的研究,但目前的研究主要集中在未受损框架节点的抗震加固方面,对于受损框架节点的研究还比较少。相关研究采取了一系列理想化的假设,忽略了受损节点轴压比变化、偏心荷载作用等一系列会影响节点抗震性能的因素,且虽然目前的框架节点设计是根据“强节点弱构件”、“强柱弱梁”的原则来设计的,但正交梁和楼板的存在会提高梁的刚度,使得原本设计为“强柱弱梁”的节点,其最终的破坏形态近似于“强梁弱柱”的情况。针对上述研究中存在的问题,本文主要做了以下工作:(1)首先对碳纤维加固框架节点的理论研究现状进行了深入的研究,分析框架节点的受力情况、抗剪机理、破坏与失效形式、影响节点抗震性能的因素以及节点抗震性能的主要评价指标;(2)在深入研究碳纤维加固框架节点试验方法的基础上,采用科学的试验方法设计了一组碳纤维加固框架节点的试验,对各节点试件的破坏过程进行了详细的研究;(3)在试验结果的基础上,研究了未加固节点、直接采用碳纤维布加固节点和受损加固后节点的抗震性能,从滞回曲线、骨架曲线、应力应变、延性、耗能能力、强度退化和刚度退化等角度出发,针对“强节点弱构件”、“强柱弱梁”和“强梁弱柱”三种特性的节点采用碳纤维加固前后的一系列抗震现象进行了深入讨论,并研究了轴压比变化对节点试验结果的影响;(4)采用有限元数值模拟方法从破坏过程、裂缝开展情况、混凝土、钢筋和碳纤维布的应力应变等角度验证了试验结果的准确性,并针对试验研究条件不足的偏心荷载下的直接加固节点的抗震性能展开了研究。在上述研究工作的基础上,得出了以下研究结论:(1)碳纤维加固框架受损节点,使得节点的破坏模式由原先的脆性破坏模式转变为延性破坏模式;(2)碳纤维布增强了受损节点的抗震承载力、抗变形能力,但是碳纤维布对节点受损后的抗变形能力的提高幅度总体上要高于抗剪承载力的提高,采用碳纤维布加固可以改善“强梁弱柱”型节点的捏缩现象;(3)碳纤维布增强了受损节点的延性,但提升效果并不明显,仅在节点为“强梁弱柱”型节点且轴压比较大时,对节点的延性有较大提高作用;(4)碳纤维布增强了受损节点的耗能能力,其中“强梁弱柱”型节点受损前采用碳纤维布加固与节点受损后再加固相比耗能能力有显著提高;(5)节点受损后采用碳纤维布加固,其强度退化和刚度退化均得到了一定程度地改善。此外,碳纤维布在节点受损加固破坏后仍未达到其屈服应力值,说明其仍具备一定的富余强度;(6)直接采用碳纤维布进行节点加固,其抗剪承载力和抗变形能力的提高幅度要大于节点受损后再用碳纤维布加固的效果,且强度和刚度退化改善的程度比受损后再加固的节点更高;(7)轴压比对的节点受损加固后的捏缩现象、影响较小;轴压比对“强柱弱梁”型节点的延性影响较小,对“强梁弱柱”型节点的来说当轴压比达到中上水平时,节点试件受损加固后的延性得到显著提高;对受损后加固的节点试件来说,随着轴压比的不断增加,节点试件相对加固前的耗能能力提高的程度却在不断的降低;轴压比的增加有利于改善节点受损加固后的强度和刚度退化情况;(8)偏心加载会对节点的抗震性能产生影响,偏心加载的直接加固节点的抗震计算结果比轴心加载的直接加固节点的小,说明偏心加载对框架节点在地震作用下会产生负面影响。此外,偏向水平荷载侧的偏心受压节点的计算结果大于靠近水平荷载侧的偏心受压节点。
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