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喷射GFRP加固砌体结构抗震性能试验研究与理论分析

张智  
【摘要】: 砌体结构是一种古老的建筑结构形式,直到今天依然广泛存于世界各地。由于砌筑材料的脆性特征,砌体结构的抗剪、抗拉和抗弯强度都比较低,结构的抗震性能较差。随着大量古砌体建筑使用年限的增加和砌体规范抗震设防标准的提高,对古旧砌体结构进行修复与加固,提高其抗震性能就显得很有必要了。 纤维增强聚合物(FRP)材料加固技术是一种新型结构加固技术,该技术应用于砌体结构加固一般都是将织物或片材缠绕、粘贴在被加固结构表面。由于纤维增强聚合物材料具有轻质高强、施工便捷、耐久性好以及不改变被加固结构外形等特性,该加固技术用于砌体结构加固的研究和应用在近年来发展很快。喷射玻璃纤维聚合物(GFRP)加固技术是部分欧美国家在结构加固研究领域的最新技术,其加固工艺是利用喷射机械,将短切玻璃纤维与高性能粘结剂混合浆体,以高速喷射到被加固结构表面上,以改善和提高结构的受力性能。目前国内外该加固方法的研究和应用主要集中于钢筋混凝土梁、板等构件,在砌体结构加固上的研究和应用报道还未曾见到。 本文从试验研究、承载力分析和有限元计算三个方面对喷射GFRP加固砌体结构进行了探索性的研究: 1.对5片砖墙进行了喷射玻璃纤维聚合物加固试验,研究了墙体在低周往复荷载作用下的抗震性能,对比分析了加固前后墙体的受力性能和变形特征,并探讨了不同的加固层厚度和玻璃纤维长度对加固效果的影响;对10根砖柱进行了喷射玻璃纤维聚合物加固的抗压性能试验,对比分析了喷射玻璃纤维聚合物对砌体结构的抗压加固效果,并对不同加固方案对砖柱的抗压加固效果进行了比较。试验结果表明,喷射玻璃纤维聚合物加固能显著提高砌体结构的承载能力和变形能力,不同的加固层厚度和玻璃纤维长度对加固效果有一定的影响。 2.在试验研究的基础上,建立了喷射GFRP加固砌体墙的抗剪承载力计算模型,并提出了相应的承载力计算公式;借鉴FRP材料加固混凝土柱的相关研究成果,结合砌体结构的材料特征,在试验研究的基础上建立计算模型,提出了喷射GFRP加固砌体柱受压承载力计算公式。对比分析试验数据与计算结果,二者吻合较好,并具有一定的安全度,可为工程实践提供参考。 3.运用ANSYS有限元分析软件,建立4片砖墙的分离式有限元模型,模拟试验的加载方式和边界条件,对墙体进行非线性有限元计算分析。有限元计算结果较好地模拟了墙体和加固层的受力特点和应力分布情况,与试验的过程较为一致,并能合理解释墙体的最终破坏模式。 最后总结了本文的研究成果,并指出了需要进一步研究和解决的问题。


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