CFRP加固磚墻試驗(yàn)研究及有限元分析

CFRP加固磚墻試驗(yàn)研究及有限元分析CFRP加固磚墻試驗(yàn)研究及有限元分析摘要磚墻是一種常見(jiàn)的建筑結(jié)構(gòu)，但由于其脆性質(zhì)，易受外力損壞。為了提高磚墻的抗震性能，常采用CFRP材料進(jìn)行加固。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究及有限元分析，探討了CFRP加固磚墻的效果，并對(duì)加固結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CFRP加固能夠明顯提高磚墻的承載能力和抗震能力，對(duì)于加固角部和裂縫較大的磚墻加固效果尤為顯著。有限元分析結(jié)果驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并進(jìn)一步分析了CFRP加固材料的數(shù)量、位置和布局對(duì)于加固效果的影響。最后，進(jìn)行了CFRP加固結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，得出了一種簡(jiǎn)單且效果良好的加固方案。關(guān)鍵詞：磚墻；CFRP；加固；試驗(yàn)研究；有限元分析AbstractBrickwallisacommonbuildingstructure,butduetoitsbrittlenature,itisvulnerabletoexternaldamage.Inordertoimprovetheseismicperformanceofbrickwalls,CFRPmaterialsareoftenusedforreinforcement.Inthispaper,throughexperimentalresearchandfiniteelementanalysis,theeffectofCFRPreinforcementonbrickwallsisexplored,andthereinforcementstructureisoptimized.TheexperimentalresultsshowthatCFRPreinforcementcansignificantlyimprovethebearingcapacityandseismicperformanceofbrickwalls,especiallyforthereinforcementofcornersectionsandlargecracks.Thefiniteelementanalysisresultsverifytheexperimentalresultsandfurtheranalyzetheinfluenceofthequantity,position,andlayoutofCFRPreinforcementmaterialsonthereinforcementeffect.Finally,theoptimizationdesignoftheCFRPreinforcementstructureiscarriedout,andasimpleandeffectivereinforcementschemeisproposed.Keywords:brickwall;CFRP;reinforcement;experimentalresearch;finiteelementanalysis1.引言磚墻是一種傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)，具有一定的耐久性和美觀性。但是，由于其脆性質(zhì)，不具備較好的抗震性能。在地震發(fā)生時(shí)，磚墻容易塌陷，給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)威脅。因此，提高磚墻的抗震能力是非常重要的。CFRP是一種具有較高強(qiáng)度和剛性的材料，被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域。在磚墻加固中，CFRP可以提高磚墻的受力能力和抗震能力，減少建筑物的災(zāi)害損失。本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和有限元分析，探討了CFRP加固磚墻的效果，并對(duì)加固結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，為磚墻加固提供了一種可行的方案。2.實(shí)驗(yàn)研究2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)選取尺寸為2500mm×3000mm的單層磚墻進(jìn)行加固試驗(yàn)。在試驗(yàn)前，對(duì)磚墻的裂縫情況和結(jié)構(gòu)缺陷進(jìn)行了仔細(xì)檢查，并對(duì)加固部位進(jìn)行了劃分。加固材料選用UHMWPECFPR板，板厚為1.5mm，長(zhǎng)寬比為10∶1。將CFRP板粘貼在磚墻加固部位，并采用貼拼法和粘結(jié)法進(jìn)行加固。在加固板和磚墻之間采用特制的CFRP膠水進(jìn)行粘合。整個(gè)加固過(guò)程中需保持加固板和磚墻之間緊密接觸。2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了靜荷載試驗(yàn)和地震模擬試驗(yàn)，記錄了磚墻受力變形情況和裂縫變化情況。試驗(yàn)結(jié)果顯示，CFRP加固能夠明顯提高磚墻的承載能力和抗震能力，對(duì)于加固角部和裂縫較大的磚墻加固效果尤為顯著。試驗(yàn)中，CFRP板與磚墻之間出現(xiàn)了顯著的粘結(jié)效果，加固板和磚墻之間沒(méi)有出現(xiàn)明顯的間隙。加固后磚墻的裂縫程度顯著降低，整體結(jié)構(gòu)變得更加穩(wěn)定。試驗(yàn)結(jié)果表明，CFRP加固是一種可行的磚墻加固方案。3.有限元分析3.1模型建立基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)CFRP加固結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析。采用ABAQUS軟件建立有限元模型，網(wǎng)格劃分采用四面體網(wǎng)格和六面體網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。磚墻模型選擇一個(gè)單獨(dú)磚墻某一面作為磚餅，作為有限元分析的尋常計(jì)較目標(biāo)。采用線性彈性模型對(duì)磚墻和CFRP進(jìn)行建模，材料參數(shù)采用實(shí)驗(yàn)中采用的參數(shù)。地震荷載采用中國(guó)高震險(xiǎn)度區(qū)一級(jí)地震荷載，采用等效靜力法進(jìn)行求解。3.2結(jié)果分析將磚墻分別進(jìn)行加固，并對(duì)比進(jìn)行分析。有限元分析結(jié)果顯示，CFRP加固后磚墻的應(yīng)力分布更加均勻，整體變形量明顯降低，承載能力和抗震能力得到明顯提高。通過(guò)對(duì)CFRP加固板數(shù)量、位置和布局等因素進(jìn)行分析，得到了一種較為簡(jiǎn)單有效的加固方案。4.結(jié)論通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究和有限元分析，探討了CFRP加固磚墻的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，CFRP加固能夠明顯提高磚墻的承載能力和抗震能力，對(duì)于加固角