碳纤维加固框架抗震性能拟静力试验研究

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1、碳纤维加固框架抗震性能拟静力试验研究第1章绪论1.1研究背景及意义地震是一种让人猝不及防的自然灾害，给人类造成了很大的损失。为了达到国家规范提出的抗震设防目标，现行国家规范又提出了强柱弱梁的设计原则，但是通常的验算方法只考虑了梁的抗弯承载力而不考虑楼板内钢筋对梁抗弯承载力提高的影响，按这样的验算方法设计的现浇钢筋混凝土框架结构，可能在地震中并不能达到强柱弱梁效果，甚至表现为强梁弱柱。从汶川地震震害调查中发现，许多建筑在地震中表现出来的并不是强柱弱梁，而是强梁弱柱，如图1所示，这说明在抗震设计强柱弱梁验算时不能忽视现浇板内钢筋的影响。这同样要求我们要对已建建筑采取加固措施，避免强

2、柱弱梁结构的出现，对这类结构加固方法的研究迫切而又意义重大。节点是钢筋混凝土框架结构的重要组成部分。强节点能够通过分配传递梁、柱构件中内力的方式来协调各杆件共同抵抗外力，从而保证了框架的整体性。由于多种因素影响，节点区往往存在失效的各种风险，例如，按照早期规范设计的框架，其节点核心区可能箍筋配置不足甚至没有配置；梁纵向钢筋锚固长度不足，在地震作用下容易产生粘结失效等风险。另外，规范的变动、设计或施工中产生的错误、建筑功能的改变、由于环境因素钢筋锈蚀产生的耐久性减弱等，都可能需要对建筑物加固。节点核心区以及与之相连的梁柱端往往是设计控制部位，因此对结构的加强很多时候都集中在节点区

3、。由此可知加固钢筋混凝土框架的节点是很有必要的，但是传统加固方法制约着加固技术的发展，在这样的大背景下，碳纤维加固技术便应运而生。碳纤维加固技术具有材料性能高强，施工简单安全，加固效果明显等显著优势，得到了工程界的日益重视和应用。.......1.2传统混凝土结构补强加固技术现状加大截面加固法是在原有结构构件的基础上再浇筑混凝土让其截面面积增大，目的是提高结构的承载能力。在我国，加大截面法是一种被广泛应用的加固方法，可以提高构件的刚度、变形能力和承载力，能较为普遍地应用于混凝土结构的梁、板及柱等构件和其他构筑物（如砖混结构的墙体等）。外包钢加固法是指在混凝土原构件的两角（或四角

4、）包裹型钢（大多用角钢）的一种加固方法。当工程中需要大幅度地提高混凝土结构的承载力但又不能增大混凝土截面尺寸时，常采用此类方法。现场工作量较小，受力较可靠，施工较方便等优点也是其被广泛使用的主要因素。外包钢加固分两种情况，为干式和湿式。干式外包钢加固，外包钢架与原构件彼此只能单独受力，并没有整体工作，因为型钢与原构件之间没有粘结，尽管有时候填有水泥砂浆。预应力加固法是利用预应力钢筋（如预应力的钢拉杆或承杆）对结构构件施加外部预应力的加固方法。此加固方法通过改变原结构中内力的分布情况使加固结构中新加部分应力应变滞后的现象得以完全消除。通常多用于大型、大跨度结构的加固。预应力加固法

5、分为两种，包括预应力拉杆加固和预应力撑杆加固。其中前一种加固多用于梁板结构、桁架结构、网架结构、框架结构和大偏心受压结构等。而后一种加固一般用于轴心受压和小偏心受压框架柱。.......第2章理论分析2.1框架结构抵抗地震作用的性能钢筋混凝土框架结构中柱、梁的变形性能非常重要，因为它们决定了框架的层间变形能力。梁和柱的变形能力不同，因为柱是压弯构件，其变形能力不如弯曲构件梁。普遍认为，强烈地震作用下，钢筋混凝土框架结构的破坏，即构件出现塑性铰的机制有三种，如图2所示：1）总体机制，也就是常说的梁铰机制，其表现为除了竖向构件的根部外，所有的竖向构件均处于弹性状态，但所有的横向构件

6、都已经屈服，整个结构做绕根部的刚体转动；2）楼层机制，即柱铰机制，柱铰机制的表现与粱铰机制截然不同，其表现为竖向构件屈服而所有的横向构件仍然处于弹性状态；3）由总体机制和楼层机制组合成的混合机制。在遭遇强烈地震作用时，总体机制的受力更为合理，使其在破坏时的破坏力和严重程度要比楼层机制小得多，因为如果总体机制的承载能力保持稳定，结构就可以产生持续变形但不至于倒塌，作用在结构上的地震能量可以最大程度地散失掉。总体机制作为理想结的构破坏机制，尽量推迟了在框架柱底层根部出现塑性铰，使塑性铰首先出现梁上。.......2.2碳纤维的加固机理及分析计算碳纤维布弹性模量和抗拉强度高，所以通常

7、用其加固混凝土结构，通过与混凝土结构良好的粘结，约束构件中混凝土的变形，有效地改善了混凝土的变形性能，从而提高结构的承载力。框架节点处受力复杂，在地震作用下，框架破坏部位一般发生在梁底柱顶处，这是因为柱端承受的弯矩最大，而且是变号弯矩，使柱端发生了弯曲破坏。在柱端外包碳纤维布加固以后，包裹在柱周围的碳纤维布会对混凝土柱产生环向约束力，压力作用下混凝土的横向膨胀就会得到约束，混凝土的极限压应变增大，混凝土的压碎被推迟，这样混凝土的延性得到了改善，同时纵筋的塑性变形性能也得到了充分的发挥，间接提