柱加大截面、粘钢、碳纤维加固框架节点对比分析
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摘要
本文以核心区没有配箍筋的十字型框架节点为研究对象，研究其加固问题。本文分析了三种轴压比(0.2，0.5，0.8)，每种轴压比下对节点采用的不同的加固方式：柱加大截面加固、一层碳纤维加固、两层碳纤维加固、粘钢加固(厚度t=3mm，钢板屈服强度fy=215MPa)、粘钢加固(厚度t=3mm，钢板屈服强度fy=300MPa)、粘钢加固(厚度t=5mm，钢板屈服强度fy=215MPa)，研究加固对试件极限承载力、极限位移、刚度、延性以及耗能性能的影响程度。
在广泛阅读国内外文献的基础上，借鉴以往加固试验的试验模型，建立节点有限元模型，考虑一次性加载和低周反复荷载作用两种加载制度，用ANSYS结构分析软件对模型进行非线性分析，然后在ANSYS后处理器中画出一次加载荷载位移曲线以及周期加载下的滞回曲线。分析这些曲线便可以得到试件的极限承载力、极限位移、刚度、延性以及耗能性能。
分析表明，通过加固改善了节点的抗震性能，加固效果明显，加固方法可行有效。
This paper takes crisscross frame joints without stirrup in core area as research subject, studying on its reinforcement problems. It analyzes three types of axial compression ratio (0.2, 0.5 and 0.8) and different joints strengthening methods under each kind of axial compression ratio. The methods contain column enlarging section strengthening, one layer carbon fiber strengthening, two layers carbon fiber strengthening, bonding steel plate strengthening (thickness t=3mm, steel plate yield strength fy=215 MPa), bonding steel plate strengthening (thickness t=3mm, steel plate yield strength fy=300MPa), bonding steel plate strengthening (thickness t=5mm, steel plate yield strength fy=215MPa). This paper also researches impact degree of strengthening on samples' ultimate bearing capacity, limit displacement, stiffness, tensility and energy dissipation ability.
Based on broadly documents reading at home and abroad and drawing the strengthening experimental model in the past, this paper, in consideration of two kinds of loading system, i.e. one-shot loading and low cyclic reversed loading, builds a joint finite element model and carries a nonlinear analysis on this model with the structural analysis software ANSYS. Then, it postprocessor the software carries out nonlinearity analysis on the model, then, it draws the one-shot loading displacement curve and hysteresis curve in ANSYS processor. Analysis on these curves will induce the samples' ultimate bearing capacity, limit displacement, stiffness, tensility and energy dissipation ability.
The analysis indicates that strengthening improves earthquake resistant behavior of joints. The strengthening effect is obvious and the method is feasible and effective.
在广泛阅读国内外文献的基础上，借鉴以往加固试验的试验模型，建立节点有限元模型，考虑一次性加载和低周反复荷载作用两种加载制度，用ANSYS结构分析软件对模型进行非线性分析，然后在ANSYS后处理器中画出一次加载荷载位移曲线以及周期加载下的滞回曲线。分析这些曲线便可以得到试件的极限承载力、极限位移、刚度、延性以及耗能性能。
分析表明，通过加固改善了节点的抗震性能，加固效果明显，加固方法可行有效。
This paper takes crisscross frame joints without stirrup in core area as research subject, studying on its reinforcement problems. It analyzes three types of axial compression ratio (0.2, 0.5 and 0.8) and different joints strengthening methods under each kind of axial compression ratio. The methods contain column enlarging section strengthening, one layer carbon fiber strengthening, two layers carbon fiber strengthening, bonding steel plate strengthening (thickness t=3mm, steel plate yield strength fy=215 MPa), bonding steel plate strengthening (thickness t=3mm, steel plate yield strength fy=300MPa), bonding steel plate strengthening (thickness t=5mm, steel plate yield strength fy=215MPa). This paper also researches impact degree of strengthening on samples' ultimate bearing capacity, limit displacement, stiffness, tensility and energy dissipation ability.
Based on broadly documents reading at home and abroad and drawing the strengthening experimental model in the past, this paper, in consideration of two kinds of loading system, i.e. one-shot loading and low cyclic reversed loading, builds a joint finite element model and carries a nonlinear analysis on this model with the structural analysis software ANSYS. Then, it postprocessor the software carries out nonlinearity analysis on the model, then, it draws the one-shot loading displacement curve and hysteresis curve in ANSYS processor. Analysis on these curves will induce the samples' ultimate bearing capacity, limit displacement, stiffness, tensility and energy dissipation ability.
The analysis indicates that strengthening improves earthquake resistant behavior of joints. The strengthening effect is obvious and the method is feasible and effective.
引文
[1] 赵敏越．混凝土框架节点加固方法及原理．建材技术与应用，2003，(6)：14-17
[2] 邢海灵．钢筋混凝土框架节点加固试验及理论分析研究：[硕士学位论文]．湖南：湖南大学，2003
[3] 《工业与民用建筑抗震加固技术措施》编写组．工业与民用建筑抗震加固技术措施．北京：地震出版社，1986
[4] 《建筑结构补强加固技术》编写组．建筑结构补强加固技术．北京：中国铁道出版社，1987
[5] 四川省建筑科学研究院．混凝土结构加固技术规范CECS 25：90．北京：中国计划出版社，1992
[6] 吕西林．建筑结构加固设计．北京：科学出版社，2001
[7] 张有才，段敬民．建筑物的检测、鉴定、加固与改造．北京：冶金工业出版社，2001
[8] Hiroshi FUKUYAMA, Yukihiro SATO, Victor C. LI et al. Ductile engineered cementitious composite elements for seismic structural application. In: 12WCEE, 2000
[9] Yasin N. Ziraba, Mohammed H. Baluch et al. Guidelines toward the design of reinforced concrete beams with external plates. ACI Structural Journal, V91, No. 6, 1994: 639-646
[10] M. Hussain, Alfarabi Sharif, I. A. Basunbul ct al. Flexural behavior of precracked reinforced concrete beams strengthened externally by steel plates. ACI Structural Journal, V92, No. 1, 1995: 14-22
[11] 万墨林，韩继云．混凝土结构加固技术．北京：中国建筑工业出版社，1995
[12] 金国芳，李视令，李思明．框架节点加固的抗震性能试验研究．工程抗震，2000，(1)
[13] 余琼，李思明．柱加大截面与粘钢法加固框架节点的比较分析．同济大学学报，Vol．31 No．10：1157-1162
[14] 马乐为，刘瑛，周小真等．钢筋混凝土框架中节点粘钢加固抗震性能试验研究．西安建筑科技大学学报，1996，(4)
[15] 刘瑛，马乐为．粘钢加固节点的足尺模型试验分析．工程抗震，1999(3)
[16] 刘瑛，王玉良，马乐为．低强度混凝土节点粘钢加固的足尺模型试验．青岛大学学报(工程技术版)，2003(4)
[17] 刘艳军，肖贵泽．混凝土框架节点粘钢加固及抗剪承载力计算．武汉理工大学学报，2003，(3)
[18] 陆洲导，谢莉萍，洪涛．碳纤维加固低配箍混凝土梁板柱节点的抗震试验．同济大学学报(自然科学版)，2003，(3)
[19] 陆洲导，宋彦涛，王李果．碳纤维加同混凝土框架节点的抗震试验研究．结构工程师，2004，(5)
[20] 余琼．框架节点加固方法探讨．结构工程师2004：62-70
[21] 建筑抗震设计规范(GB50011-2001)，中华人民共和国国家标准
[22] 朱伯龙．结构抗震试验．地震出版社，1989
[23] 吕西林，金国芳，吴晓涵．钢筋混凝土结构非线性有限元理论与应用．上海：同济大学出版社，1997
[24] 江见鲸．钢筋混凝土结构非线性有限元分析．西安：陕西科学技术出版社，1994
[25] 江理平，唐寿高，王俊民．工程弹性力学．上海：同济大学出版社，2002
[26] 谭建国．使用ANSYS6.0进行有限元分析．北京：北京大学出版社，2002
[27] 刘涛，杨凤鹏．精通ANSYS．北京：清华大学出版社，2002
[28] 江见鲸，陆新征．ANSYS Solid65单元分析混凝土讲义．北京：清华大学出版社，2002
[29] 郝文化．ANSYS土木工程应用实例．中国水利水电出版社，2005
[30] 江见鲸，陆新征，叶列平．混凝土结构有限元分析．北京：清华大学出版社，2004
[31] Willam K. J., Warnke E. P. Constitutive models for the tdaxial behavior of concrete. LABSE Proceeding, 1975, 19(4): 1-30
[32] 陈惠法，A．F．萨里普著．余天庆，王勋文，刘西拉等译．混凝土和土的本构方程．北京：中国建筑工业出版社，2004
[33] 舒士霖．钢筋混凝土结构．浙江：浙江大学出版社，2002
[34] 朱伯龙，董振祥．钢筋混凝土非线性分析．上海：同济大学出版社，1984
[35] ANSYS中国．ANSYS基本过程手册．北京：ANSYS中国，2001
[36] 沈聚敏，王传志，江见鲸．钢筋混凝土有限元与板壳极限分析，清华大学出版社，1991
[37] 沈麒．后包钢管混凝土框架节点抗震性能研究：[硕士学位论文]．上海：同济大学土木工程学院，2006
[38] 张新培．钢筋混凝土抗震结构非线性分析．北京：科学出版社，2003
[39] 傅剑平，游渊，白绍良．钢筋混凝土抗震框架节点传力机构分析．重庆建筑大学学报，1996．18(2)：43-51
[2] 邢海灵．钢筋混凝土框架节点加固试验及理论分析研究：[硕士学位论文]．湖南：湖南大学，2003
[3] 《工业与民用建筑抗震加固技术措施》编写组．工业与民用建筑抗震加固技术措施．北京：地震出版社，1986
[4] 《建筑结构补强加固技术》编写组．建筑结构补强加固技术．北京：中国铁道出版社，1987
[5] 四川省建筑科学研究院．混凝土结构加固技术规范CECS 25：90．北京：中国计划出版社，1992
[6] 吕西林．建筑结构加固设计．北京：科学出版社，2001
[7] 张有才，段敬民．建筑物的检测、鉴定、加固与改造．北京：冶金工业出版社，2001
[8] Hiroshi FUKUYAMA, Yukihiro SATO, Victor C. LI et al. Ductile engineered cementitious composite elements for seismic structural application. In: 12WCEE, 2000
[9] Yasin N. Ziraba, Mohammed H. Baluch et al. Guidelines toward the design of reinforced concrete beams with external plates. ACI Structural Journal, V91, No. 6, 1994: 639-646
[10] M. Hussain, Alfarabi Sharif, I. A. Basunbul ct al. Flexural behavior of precracked reinforced concrete beams strengthened externally by steel plates. ACI Structural Journal, V92, No. 1, 1995: 14-22
[11] 万墨林，韩继云．混凝土结构加固技术．北京：中国建筑工业出版社，1995
[12] 金国芳，李视令，李思明．框架节点加固的抗震性能试验研究．工程抗震，2000，(1)
[13] 余琼，李思明．柱加大截面与粘钢法加固框架节点的比较分析．同济大学学报，Vol．31 No．10：1157-1162
[14] 马乐为，刘瑛，周小真等．钢筋混凝土框架中节点粘钢加固抗震性能试验研究．西安建筑科技大学学报，1996，(4)
[15] 刘瑛，马乐为．粘钢加固节点的足尺模型试验分析．工程抗震，1999(3)
[16] 刘瑛，王玉良，马乐为．低强度混凝土节点粘钢加固的足尺模型试验．青岛大学学报(工程技术版)，2003(4)
[17] 刘艳军，肖贵泽．混凝土框架节点粘钢加固及抗剪承载力计算．武汉理工大学学报，2003，(3)
[18] 陆洲导，谢莉萍，洪涛．碳纤维加固低配箍混凝土梁板柱节点的抗震试验．同济大学学报(自然科学版)，2003，(3)
[19] 陆洲导，宋彦涛，王李果．碳纤维加同混凝土框架节点的抗震试验研究．结构工程师，2004，(5)
[20] 余琼．框架节点加固方法探讨．结构工程师2004：62-70
[21] 建筑抗震设计规范(GB50011-2001)，中华人民共和国国家标准
[22] 朱伯龙．结构抗震试验．地震出版社，1989
[23] 吕西林，金国芳，吴晓涵．钢筋混凝土结构非线性有限元理论与应用．上海：同济大学出版社，1997
[24] 江见鲸．钢筋混凝土结构非线性有限元分析．西安：陕西科学技术出版社，1994
[25] 江理平，唐寿高，王俊民．工程弹性力学．上海：同济大学出版社，2002
[26] 谭建国．使用ANSYS6.0进行有限元分析．北京：北京大学出版社，2002
[27] 刘涛，杨凤鹏．精通ANSYS．北京：清华大学出版社，2002
[28] 江见鲸，陆新征．ANSYS Solid65单元分析混凝土讲义．北京：清华大学出版社，2002
[29] 郝文化．ANSYS土木工程应用实例．中国水利水电出版社，2005
[30] 江见鲸，陆新征，叶列平．混凝土结构有限元分析．北京：清华大学出版社，2004
[31] Willam K. J., Warnke E. P. Constitutive models for the tdaxial behavior of concrete. LABSE Proceeding, 1975, 19(4): 1-30
[32] 陈惠法，A．F．萨里普著．余天庆，王勋文，刘西拉等译．混凝土和土的本构方程．北京：中国建筑工业出版社，2004
[33] 舒士霖．钢筋混凝土结构．浙江：浙江大学出版社，2002
[34] 朱伯龙，董振祥．钢筋混凝土非线性分析．上海：同济大学出版社，1984
[35] ANSYS中国．ANSYS基本过程手册．北京：ANSYS中国，2001
[36] 沈聚敏，王传志，江见鲸．钢筋混凝土有限元与板壳极限分析，清华大学出版社，1991
[37] 沈麒．后包钢管混凝土框架节点抗震性能研究：[硕士学位论文]．上海：同济大学土木工程学院，2006
[38] 张新培．钢筋混凝土抗震结构非线性分析．北京：科学出版社，2003
[39] 傅剑平，游渊，白绍良．钢筋混凝土抗震框架节点传力机构分析．重庆建筑大学学报，1996．18(2)：43-51