CFRP板条嵌入式加固RC框架节点抗震设计方法研究

作     者：祁尚远 

作者单位：上海应用技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王国林;周哲峰

授予年度：2019年

学科分类：081405[工学-防灾减灾工程及防护工程] 08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：钢筋混凝土 框架节点 CFRP板条 嵌入式 非线性有限元 

摘      要：钢筋混凝土(RC)框架结构是工业与民用建筑中最常见的建筑结构形式之一。在水平地震作用下,节点区受力复杂,属于结构薄弱部位。按早期规范进行设计的RC框架节点存在核心区箍筋配置不足等缺陷,不满足现行抗震规范设计要求,在地震中易发生倒塌破坏,因此,对其进行抗震加固具有重要的现实意义。纤维增强复合材料(FRP)以其轻质高强、耐久性好的优点广泛应用于结构加固中,但也存在亟待解决的问题。鉴于常用粘贴和环包FRP加固RC框架节点的方法存在FRP易剥离、梁铰靠近柱面以及空间框架节点核心区不能直接加固等问题,本文基于塑性铰外移理论进行了碳纤维复合材料(CFRP)板条嵌入式(Near-Surface Mounted,简称NSM)加固RC节点抗震性能研究。主要研究内容及成果如下:(1)在课题组已有试验成果基础上,以板条间距、是否带垂交梁为主要参数,补充节点试件的试验研究,关注破坏模式、延性、耗能、刚度退化等性能指标,同时关注梁纵筋和CFRP板条应变分布及发展情况。试验结果表明,CFRP板条嵌入式加固RC框架节点能有效提高节点承载力;通过合理的板条参数设计可以使得节点由核心区剪切破坏转为梁铰受弯破坏,并成功从柱边转移。(2)利用ABAQUS有限元软件建立节点试件的非线性有限元模型,并通过试验数据进行校正。同时,鉴于试验参数数量及其变化范围的局限性,利用校验的有限元模型进行变参数下数值模拟,研究板条面积、板条间距、延伸长度及混凝土强度等主要节点设计参数对NSM CFRP加固RC框架节点的抗震性能的影响。结果表明,节点试件承载力随着板条面积、混凝土强度的提高而增大,随板条间距增大而减小。(3)基于混凝土规范节点受剪承载力公式,以“等同箍筋的设计理念,提出了CFRP板条抗剪贡献计算方法,并引入影响系数β考虑CFRP板条的有效应变的变化,提高了公式计算精度。在此基础上,最终提出了NSM CFRP加固RC框架节点的抗震设计方法,可为工程应用提供依据。