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砌体结构由散状块体通过砂浆粘结形成整体的这一本质特征决定了它存在抗拉能力低、抗震性能差等缺陷。由于使用年限过长以及抗震设防标准的提高等原因,大量砌体结构民居和古老建筑亟需进行加固修复。
传统的纤维增强聚合物(FRP)材料加固技术主要采用环氧树脂等高性能胶粘剂把FRP片材粘贴或缠绕在结构构件外表面,以提高构件的承载力。由于它具有轻质高强、施工简便、耐久耐腐蚀、不影响被加固结构的自重及尺寸、适用于各种类型和形状结构部位的补强修复等优点,已在国内外得以广泛运用。喷射玻璃纤维聚合物(SGFRP)加固技术是国外结构加固研究领域的较新技术,该加固方法是借助一定喷射机械,将短切玻璃纤维与高性能粘结剂混合浆体,高速喷射到被加固面上,用以提高结构构件的各项抗震性能。目前该技术的研究和应用多见于混凝土结构加固领域中,此技术用于加固砌体结构的相关研究鲜有报道。
本文通过三个开门洞砌体墙片在低周往复荷载作用下的对比试验研究以及有限元数值模拟分析,对粘贴碳纤维布和喷射短切玻璃纤维聚合物这两种不同加固方法对开门洞砌体墙片的抗剪承载力、变形能力、延性、滞回特性及耗能能力等产生的不同影响进行对比分析。主要完成了以下工作:
1通过3个模型比为1/2的开门洞砌体墙片(素墙、碳纤维布加固和喷射短切玻璃纤维聚合物加固)在低周往复荷载作用下的对比试验,研究了喷射短切玻璃纤维聚合物加固和碳纤维布加固对开门洞无筋砌体墙片抗震性能的影响,分析了加固墙片的破坏形态、抗震抗剪承载力、滞回特性、刚度退化、耗能能力。
2比较两种不同FRP加固方案对开门洞砌体墙片的的抗震加固效果。试验结果表明,采用喷射短切玻璃纤维聚合物加固开门洞砌体墙片,其抗剪承载力提高幅度和抗震性能均明显优于粘贴碳纤维布加固方法,且具有施工工期便捷,工程造价低廉等优点。
3运用有限元方法,对试验中的三个开门洞墙片试件进行了数值模拟分析。首先,采用分离式模型分别对三个试件进行建模和非线性有限元分析;然后,就墙体、加固层内部开裂及极限状态下的应力分布、裂缝分布特点,对比分析了试验结果和有限元计算结果。结果表明:喷射GFRP加固开门洞墙体墙片较粘贴CFRP布具有更好的加固效果,而且有限元计算结果与试验结果吻合良好。
4最后总结了本文的研究成果,并指出了尚待进一步深入研究和解决的问题。
通过本文的试验研究和有限元计算分析表明,喷射短切玻璃纤维聚合物加固能有效提高开门洞砌体墙片的抗震性能,在砌体结构加固领域具有广阔的应用前景。