全GFRP筋增强混凝土梁柱节点抗震性能研究

作     者：陈蔡民 

作者单位：广州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：熊明祥

授予年度：2024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：GFRP筋 梁柱节点 抗震性能 拟静力试验 有限元分析 

摘      要：钢筋容易受到大气中的氧化物、水分和盐分等腐蚀介质的侵蚀,导致钢筋断裂和腐蚀扩展,从而减弱了混凝土结构的整体性能和使用寿命。玻璃纤维增强聚合物(GFRP)是一种无机非金属材料,不会受到腐蚀的影响,即使在潮湿的环境或化学腐蚀性较强的条件下也能保持良好的性能,因此使用GFRP筋代替钢筋可以在一定程度上解决钢筋混凝土结构的腐蚀问题。然而GFRP筋为脆性材料,GFRP筋增强混凝土结构在地震作用中的力学性能有待研究。梁柱节点作为框架结构中最重要部分,节点的抗震性能深刻影响着建筑结构安全可靠性。本文将从试验分析和有限元模拟两方面对GFRP筋混凝土梁柱节点的抗震性能展开研究,研究内容如下: (1)对4个GFRP筋混凝土梁柱节点试件进行拟静力试验,通过观察试件的破坏状态以及分析试件的滞回曲线、骨架曲线、延性、强度与刚度、耗能以及残余变形等指标,分析试件的配箍形式、配箍率等参数对梁柱节点抗震性能的影响。结果表明:GFRP筋混凝土梁柱节点具有良好的变形能力和耗能能力;方形螺旋箍约束混凝土节点试件的极限承载力最高,其次是八边形复合箍,井字复合箍的最低;井字复合箍约束混凝土节点试件的延性最好,八边形复合箍次之,方形螺旋箍最差。此外,增加柱配箍率可以提高试件的极限承载力,但会降低结构的延性。 (2)运用DIANA有限元软件建立GFRP筋混凝土梁柱节点数值模型,并通过分析试件模型的滞回曲线、骨架曲线、极限承载力以及裂缝发展情况与试验结果进行对比验证。结果表明:有限元软件建立的数值模型分析数据与试验结果较为吻合,验证了数值模型的准确性。 (3)基于验证后的数值模型,进一步探究轴压比、混凝土强度、梁柱配筋率以及筋材类型等主要参数对GFRP筋混凝土梁柱节点抗震性能的影响。研究表明:增大轴压比,节点的极限承载力有所提高、延性以及可恢复能力下降;提高混凝土强度,节点的极限承载力、耗能能力提升较快;提高梁纵筋配筋率,节点的极限承载力、耗能能力以有所提高、但延性变低;提高柱纵筋配筋率,节点的极限承载力、延性、可恢复以及耗能能力有所提高,但影响效果较小;普通钢筋与GFRP筋节点试件的极限承载力相接近,而GFRP筋试件耗能能力较低,但残余变形更小,可恢复能力更强。