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基于GFRP加固的钢筋混凝土梁抗连续性倒塌性能研究

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摘要

1.1 研究背景

1.2 国外连续倒塌事故

1.2.1 英国首都Ronan Point公寓倒塌事件

1.2.2 马来西亚高峰塔坍塌事故

1.2.3 泰国皇家广场酒店坍塌事故

1.2.4 印度11.15大楼倒塌事件

1.2.5 巴西三座办公楼倒塌事故

1.3 国内连续倒塌事故

1.3.1 安徽马鞍山“8.2”蒙牛乳业公司火灾事故

1.3.2 香港马头围道塌楼

1.3.3 汶川地震大量房屋倒塌

1.4 国内外结构抗连续倒塌研究现状

1.4.1 国内外抗连续倒塌设计规范

1.4.2 结构抗连续倒塌试验研究现状

1.4.3 结构抗连续倒塌数值模拟研究现状

1.5 采用FRP加固结构抗连续倒塌现状

1.6 本文的研究工作

第二章 OpenSees软件介绍及建模方法

2.1 数值模拟软件OpenSees介绍

2.2 OpenSees单元力学模型简介

2.2.1 材料本构关系

2.2.2 OpenSees纤维模型截面划分介绍

2.2.3 OpenSees纤维单元模型

2.2.4 本文采用的OpenSees分析方法

2.3 本章小结

第三章 GFRP布加固梁柱结构抗连续倒塌有限元分析

3.1 概述

3.2 PKPM模型构建

3.2.1 PKPM设计基本参数

3.2.2 PKPM梁柱配筋图

3.3 OpenSees数值模拟分析

3.3.1 验证结构抗连续倒塌性能试验

3.3.2 OpenSees建立梁柱结构模型

3.3.3 未加固与加固模型力-位移曲线对比分析

3.3.4 未加固与加固模型梁关键截面应力分析

3.4 本章小结

第四章 GFRP布加固梁柱结构抗连续倒塌理论计算

4.1 概述

4.2 梁柱结构抗连续倒塌梁机制阶段承载力计算

4.3 梁柱结构抗连续倒塌复合机制阶段承载力计算

4.4 梁柱结构抗连续倒塌悬链线机制阶段承载力计算

4.5 未加固模型与加固模型数值模拟结果与理论计算结果对比分析

4.6 本章小结

第五章 不同GFRP布加固方式对梁柱结构抗连续倒塌性能影响

5.2 GFRP布加固层数不同对粱柱结构抗连续倒塌性能的影响

5.3 GFRP布锚固箍加固方式不同对梁柱结构抗连续倒塌性能的影响

5.3.1 横向锚固箍模型与斜向锚固箍模型力-位移对比分析

5.3.2 横向锚固箍模型与斜向锚固箍模型梁失效柱截面应力分析

5.4 本章小结

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

作者简历

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摘要

连续倒塌是建筑结构由于自然因素或者恐怖袭击等人为因素引起的偶然荷载作用,造成结构关键部位的破坏而引起的连续反应造成结构周边构件破坏,最终使结构不成比例的整体倒塌。发生连续倒塌事故会造成严重的生命财产损失,因此采用何种方式加固梁柱结构日益引起工程界的关注。现今GFRP布由于其轻质,高强,耐腐蚀以及与钢筋适应性好等特点而被运用到工程加固领域。因为GFRP布材料经济实惠,因此在结构加固领域具有广阔的发展前景。
  本文采用GFRP布加固梁上部钢筋,为了研究试件是否采用GFRP加固、GFRP加固方式的不同、GFRP加固层数的不同对结构抗连续倒塌性能的影响,通过对五个一榀梁柱子结构模型分别运用有限元分析软件分析,并对模型根据经典弹塑性理论进行理论分析。主要研究内容如下所示:
  1,每个模型的基础都是一层4跨RC梁柱子结构。首先对未加固模型与梁上下表面采用GFRP布纵向加固一层模型分别进行抗连续倒塌拟静力数值模拟分析。通过对比分析失效柱处的位移-荷载曲线、位移-轴力曲线、梁关键截面应力曲线以及梁机制和悬链线机制阶段的峰值承载力等影响因素。探究在梁上部钢筋截断的基础上采用GFRP布加固梁柱结构抵御连续倒塌的性能。
  2,RC梁柱结构抗连续倒塌过程根据受力情况的不同分为梁机制阶段,复合机制阶段和悬链线机制阶段。本文根据结构力学以及弹塑性理论得出梁机制与悬链线机制阶段的峰值承载力的计算公式进行理论分析,发现未加固模型与梁上下表面采用GFRP布纵向加固一层模型的模拟值与计算值比较吻合。
  3,在分析过未加固模型与梁上下表面采用GFRP布纵向加固一层模型后,发现梁上部钢筋采用GFRP加固可以有效提高RC梁柱结构悬链线机制阶段的承载力。在此基础上通过研究不同GFRP布加固方式以及加固层数对结构抗连续倒塌能力的提升效果。发现梁上下表面同样加固一层GFRP布的基础上采用斜向锚固箍比横向锚固箍提升抗倒塌的能力要好。RC梁柱结构抵御连续倒塌极限承载力随着加固层数增加而提高,但加固层数对结构抗连续倒塌能力的提升效果不是一次函数线性关系。

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