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砖砌体结构房屋目前在我国分布仍然面广量大。由于存在强度不足、抗震性能差等问题,砖砌体结构一直是土木工程加固领域的研究热点。钢板带-砖砌体组合加固技术(通过螺栓连接)是一种行之有效的办法,且具有施工便捷、价格低廉、可逆性好等优点。此外,在竖向钢板带中施加预压应力还可以使钢板带提前参与工作。长期以来,各国学者针对钢板带-砖砌体组合构件的相关研究偏重于整体的宏观分析,只是给出了荷载或变形等技术参数提升的幅度范围,或者提出简化的承载力预测模型。为了更好地掌握钢板带与砖砌体之间的协同工作性能,尤其是易发生局部屈曲的竖向钢板带。本文以竖向钢板带为研究重点,对其与砖砌体之间协同工作的受压力学性能和破坏机理展开详细研究。
本文以钢板带厚度、宽度、预压应力大小为研究参数,设计并完成了1个未加固砖砌体试件和9个竖向钢板带-砖砌体试件的轴心受压性能试验。采集和分析了试件的破坏特征、开裂荷载、峰值荷载、钢板带中应变等信息。试验结果表明:相较于对比砖砌体试件,竖向钢板带-砖砌体加固试件的峰值荷载提高幅度为17%~38%,未施加预压应力的加固试件开裂荷载变化不大,施加预压应力的加固试件开裂荷载可提高8%~33%;加固试件在受压过程中,竖向钢板带最先达到峰值承载力,随后砖砌体部分达到峰值承载力;增大预压应力后,竖向钢板带的初始变形和最终变形均有所增大。
在试验研究基础上,使用ABAQUS有限元软件建立竖向钢板带-砖砌体试件的有限元分析模型,通过对比试验和数值模拟得到的荷载-位移曲线,验证了有限元分析模型的合理性。在拓展试验研究参数的基础上,补充了竖向钢板带端部螺栓约束强度参数。分析结果表明:竖向钢板带中预压应力越大,试件的轴向刚度退化时间越早,峰值荷载越低;在施加相同预压应力条件下,竖向钢板带截面宽度和厚度的增大均可提高试件轴向刚度和峰值荷载;同等条件下,竖向钢板带中螺栓的约束效果越强,竖向钢板带的承载力越大。
此外,本文基于试验和有限元数值模拟分析研究结果,将竖向钢板带-砖砌体的受压过程分为弹性阶段(第Ⅰ阶段)、带裂缝工作阶段(第Ⅱ阶段)、钢板带强化阶段(第Ⅲ阶段)和破坏阶段(第Ⅳ阶段),并给出了该加固方式的受压承载力计算方法。最后,本文讨论了竖向钢板带的长厚比、截面宽度对承载力的影响,并给出了钢板带尺寸的设计建议。
本文以钢板带厚度、宽度、预压应力大小为研究参数,设计并完成了1个未加固砖砌体试件和9个竖向钢板带-砖砌体试件的轴心受压性能试验。采集和分析了试件的破坏特征、开裂荷载、峰值荷载、钢板带中应变等信息。试验结果表明:相较于对比砖砌体试件,竖向钢板带-砖砌体加固试件的峰值荷载提高幅度为17%~38%,未施加预压应力的加固试件开裂荷载变化不大,施加预压应力的加固试件开裂荷载可提高8%~33%;加固试件在受压过程中,竖向钢板带最先达到峰值承载力,随后砖砌体部分达到峰值承载力;增大预压应力后,竖向钢板带的初始变形和最终变形均有所增大。
在试验研究基础上,使用ABAQUS有限元软件建立竖向钢板带-砖砌体试件的有限元分析模型,通过对比试验和数值模拟得到的荷载-位移曲线,验证了有限元分析模型的合理性。在拓展试验研究参数的基础上,补充了竖向钢板带端部螺栓约束强度参数。分析结果表明:竖向钢板带中预压应力越大,试件的轴向刚度退化时间越早,峰值荷载越低;在施加相同预压应力条件下,竖向钢板带截面宽度和厚度的增大均可提高试件轴向刚度和峰值荷载;同等条件下,竖向钢板带中螺栓的约束效果越强,竖向钢板带的承载力越大。
此外,本文基于试验和有限元数值模拟分析研究结果,将竖向钢板带-砖砌体的受压过程分为弹性阶段(第Ⅰ阶段)、带裂缝工作阶段(第Ⅱ阶段)、钢板带强化阶段(第Ⅲ阶段)和破坏阶段(第Ⅳ阶段),并给出了该加固方式的受压承载力计算方法。最后,本文讨论了竖向钢板带的长厚比、截面宽度对承载力的影响,并给出了钢板带尺寸的设计建议。