干式连接钢板刚架加固砖墙轴压及抗剪性能试验研究

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在既有砖混结构房屋中,砖墙是其主要的竖向承重构件。由于功能改造或材料性能退化,一些砖墙需要进行加固以提升其受力性能。通过对不同加固方法比较分析发现,钢板加固法具有施工周期短、加固方法简便以及具有可逆性等优点。为进一步优化钢板与砖墙的组合加固效果,课题组提出干式连接钢板刚架加固砖墙的加固方法。钢板刚架既可约束砖墙,提高砖墙的承载力与变形能力,还能独立承担竖向与水平外力,为加固墙体提供第二道抗震防线。为了解干式连接钢板刚架加固砖墙的轴压及抗剪性能,本文进行了试验研究及相应的理论分析。本文首先设计并完成了1片未加固砖墙、2片干式连接钢板刚架加固砖墙、1片钢板带加固砖墙的轴压试验以及1片未加固砖墙、4片干式连接钢板刚架加固砖墙、1片钢板带加固砖墙的抗剪试验,获得了试件的破坏特征、开裂与峰值荷载、极限荷载、荷载-位移曲线及钢板的应变发展情况等。轴压试验涉及参数为钢板厚度、加固形式,试验结果表明:干式连接钢板刚架加固砖墙可有效提高墙体的轴压承载力和轴向刚度,延缓墙体开裂,本文试件轴向峰值荷载提高约40%~56%;钢板厚度越大,墙体的轴压承载力越大,延性降低;与钢板带加固方法相比,轴压承载力提高幅度比较接近,轴向刚度的提高效果较弱。抗剪试验涉及参数为钢板厚度、竖向负荷水平、加固形式,试验结果表明:干式连接钢板刚架加固砖墙可有效提高抗剪承载力和延性,但对于墙体初始开裂影响不大,本文试件峰值荷载提高约52%~108%,延性提高约44%~158%;随着竖向负荷水平的提高,墙体的抗剪承载力和侧向刚度增大,但延性降低;增加钢板的厚度可以提高墙体的抗剪承载力,但侧向刚度变化不大,且延性有所降低;与钢板带加固方法相比,抗剪承载力的提高幅度比较接近,延性提高效果更好,但侧向刚度提高效果较弱。在试验研究的基础上,利用有限元分析软件ABAQUS进行了参数拓展分析,模拟了钢板梁宽度、钢板刚架顶部约束、螺栓间距等参数的影响。分析结果表明:当梁柱线刚度比较小时,改变钢板梁宽度对轴压承载力影响不大;加强钢板刚架顶部与顶梁的连接,受水平荷载作用时,组合墙体的初始侧向刚度更大,但峰值荷载变化不大;螺栓间距对组合墙体的承载力影响较大,螺栓间距越大,钢板越容易发生屈曲,承载力越低。最后,基于现有的钢板屈曲理论、钢框架及砖墙计算理论,并结合试验现象和有限元分析结果,提出了干式连接钢板刚架加固砖墙的轴压及抗剪承载力计算公式。通过与试验结果的比较,本文所提出的承载力计算公式具有较为可靠的精度,可为此类加固方法提供设计参考。
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