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在我国及世界很多国家和地区,砌体结构是一种被民用建筑及文化建筑物广泛采用的结构形式。这种结构形式因其建筑材料本身的脆性性质,抗震性能较差。近年来,随着结构抗震理论研究的不断深入,建筑结构的抗震设防标准的提高,以及既有砌体结构使用年限的增大,在役砌体结构的抗震加固需求日益突出。
喷射玻璃纤维增强聚合物(SGFRP)加固技术是目前用于结构加固领域的一种新技术,主要在欧美等发达国家应用。这种加固方法要借助喷射机械,将高性能粘结剂与短切玻璃纤维的混合浆体以较高速度喷射至待加固的结构及构件表面,形成高强、高韧的结构加固底。喷射成型的短切玻璃纤维聚合物(GFRP)加固方法具有轻质高强、耐久、耐腐蚀、施工快捷、不改变待加固结构的外观等优点,其在混凝土结构加固领域的相关研究成果己开始引起人们的注意,但有关该加固技术在砌体结构领域的相关研究及应用尚未见报道。
本文对开窗洞无筋砌体墙片采用粘贴碳纤维布和喷射玻璃纤维聚合物两种加固方案,进行抗震试验研究及有限元分析,分析各墙片的抗震性能,比较两种加固方案下开窗洞墙片的抗震加固效果,并得出相关结论。本文完成的主要工作包括:
1.进行了3片带窗洞无筋砌体墙片(一片用碳纤维布加固,一片采用喷射玻璃纤维加固,另一片为对比试件)的水平低周往复加载试验,分析了各开窗洞墙片的破坏形态、极限承载力、抗侧变形能力、滞回特性及耗能性能,对比了加固前后墙片的抗震性能。结果表明,加固后的砌体墙,其开裂荷载、极限荷载、极限位移和延性等抗震性能均明显提高。
2.根据开窗洞加固墙片的拟静力抗震试验结果,比较了CFRP和SGFRP的加固效果。试验结果表明,后者的加固效果更好。
3.采用简化方法,将碳纤维布简化为受力拉杆,喷射GFRP加固层简化为层状结构,对CFRP、SGFRP加固墙片的抗剪承载力简化计算进行了探讨。利用简化的计算模型得出的计算结果与试验结果吻合较好。
4.运用ANSYS有限元分析软件,建立了3片砖墙的分离式有限元模型,模拟试件的加载方式和边界条件,对墙体进行非线性有限元计算分析。计算结果较好地反映了试验中墙体和加固层的应力分布特点及破坏形态,各试件的荷载一位移骨架曲线的有限元计算值与试验值在弹性阶段吻合良好。
最后,总结了本文的研究成果,并指出了需要进一步研究和解决的问题。