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既有砌体结构的抗震性能较差,提高其抗震性能是当前我国抗震加固的重点工作之一。其中,墙体的加固又是砌体结构抗震加固的关键。高强钢绞线网-聚合物砂浆(SMPM)加固技术是一种新型的加固技术,可以弥补传统砖墙加固方法的诸多不足。但是,目前关于SMPM加固技术的研究主要针对混凝土构件,对用其加固砖砌体的研究甚少。另外,研究发现该技术用于砖墙加固时,加固材料的利用率较低。这些都制约了SMPM加固技术在砌体结构加固上的推广应用。
为了提高SMPM加固材料的利用率,进一步完善SMPM抗震加固的设计方法,本文结合已有的试验资料,采用有限元分析、试验研究和理论分析相结合的手段,对该技术用于既有砖砌体抗震加固展开了系统的研究,主要包括以下几方面内容:
1.结合已有试验资料,采用有限元软件ANSYS对加固砌体进行数值分析。针对材料的非线性特点,使用Solid65单元和Concrete材料属性建立砌体和聚合物砂浆的有限元模型,选用合适的迭代算法和收敛准则进行求解;将有限元计算结果与试验结果进行对比,验证上述建模与求解方案的合理性;改变SMPM加固层材料及尺寸参数,探讨钢绞线网的网格尺寸、钢绞线直径、聚合物砂浆强度以及原墙体强度对加固效果的影响,并根据分析结果对加固材料组成、构造措施和施工工艺等方面提出建议。
2.通过9个试件的双面剪切试验,对SMPM加固层与砖砌体粘结剪切性能进行研究。根据试验结果,对界面剥离破坏特征进行分析,得出界面剥离时平均剪应力的计算表达式。在此基础上,结合FRP抗剪加固混凝土构件的相关理论,提出SMPM抗剪加固砖墙时的剥离承载力计算方法。
3.基于粘结剪切性能试验的结果,在有限元模型中加入界面单元,建立粘结区模型,模拟加固层和砖墙间的粘结滑移;根据有限元分析结果,研究加固试件变形、粘结面应力分布、裂缝分布等方面特征。
4.深入研究SMPM加固多层砌体结构的设计方法,在承载力验算时考虑由加固层剥离导致的破坏;提出SMPM加固砌体结构时的构造措施并给出节点详图以供参考;最后,介绍SMPM加固的施工工艺,并指出施工时的注意事项。