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1、分类号： 密级： U D C： 编号： 基于ANSYS的钢筋混凝土框架结构加固后整体抗震性能研究 指导教师姓名： 申请学位级别： 工程硕士 学科、专业名称： 建筑与土木工程领域 论文提交日期： 2012年11月 论文答辩日期: 2012年12 月 学位授予单位： 答辩委员会主席： 评 阅 人： 2012年11月Dissertation Submitted toHebei University of TechnologyforThe Master Degree ofStructural EngineeringTHE OVERALL SEISMIC PERFORMANCE STUDY OF RC
2、FRAME STRUCTUER AFTER STRENGTHENED BASED ON ANSYSNovember 2012原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名： 日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、
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4、为国内外抗震研究的重点。碳纤维布加固方法与钢板加固方法是目前最常用的加固方法，两者各有其优缺点。因此，采用碳纤维和钢板复合加固混凝土框架结构以改善其整体抗震性能成为重要的研究方向。本文利用有限元软件ANSYS建立了三个钢筋混凝土框架结构模型模拟加固框架在水平低周反复荷载下的试验。其中，得到无加固模型KJ-1的力学性能指标和荷载-位移曲线与试验值对比，验证模型的合理正确性；无加固模型KJ-1、碳纤维加固模型KJ-2和碳纤维加固梁钢板加固柱的复合加固模型KJ-3的滞回曲线和骨架曲线、延性和耗能能力、刚度和承载力等力学性能进行对比分析，研究两种加固方法对框架结构加固后的整体抗震性能的影响。研究结果表
5、明：无加固模型KJ-1的力学性能指标、荷载-位移曲线与试验结果拟合较好，模型建立正确；碳纤维加固方法和复合加固方法都可以提高框架结构的承载力、延性和耗能能力，延缓承载力与刚度的退化，提高框架结构的抗震能力；复合加固方法对承载力、延性、耗能能力的提高程度大于碳纤维布加固方法；在框架柱端，钢板发挥分担力的作用优于碳纤维。关键词: ANSYS；钢筋混凝土框架结构；整体抗震性能；碳纤维加固；复合加固THE OVERALL SEISMIC PERFORMANCE STUDY OF RC FRAME STRUCTUER AFTER STRENGTHENED BASED ON ANSYSABSTRACT T
6、he reinforced concrete frame structure is one of the common structures form of industrial and civil buildings. Because of its better integrity and ductility, the reinforced concrete frames are widely used in earthquake-proof areas.With the frequent occurrence of earthquakes in recent years, the conc
7、rete frames have been varying degrees of damage because of unreasonable design,improper use,disrepair and other reasons. In order to improve the seismic performance of the reinforced concrete frames after strengthened has become the focus of research in domestic and foreign. CFRP strengthened method
8、 and steel reinforcement method are currently the most commonly used method of reinforcement, which both have their advantages and disadvantages.In summary,the reinforced concrete frame structure reinforced both with CFRP and steel plate to improve the overall seismic performance has become an impor
9、tant research direction. In this test,three reinforced concrete frame models established by ANSYS are imposed by the low level of cyclic loading experiment. The mechanical properties of indicators and load - displacement curve of no reinforcement model KJ-1 are compared with the test value,in order
10、to validate the model of reasonable correctness.The hysteresis curve, the skeleton curve, the ductility , the energy dissipation capacity, the stiffness,the bearing capacity and other mechanical properties of No reinforcement model KJ-1, model KJ-2 reinforced by CFRP and model KJ-3 whose beam reinfo
11、rced by CFRP and the column reinforced by steel plate are compared with each other,so as to study the impact on the overall seismic performance of the RC frame structure after reinforced. The results show that: the mechanical properties and he load - displacement curve of the no reinforcement model
12、KJ-1 fits well with the experimental results ,verify the validity of the model; The CFRP reinforced method and the composite reinforcement method can improve the bearing capacity, ductility and energy dissipation capacity , delay the degradation of the bearing capacity and stiffness. So that it impr
13、ove the seismic capacity of the frame structure.The carrying capacity, ductility and energy dissipation capacity of composite reinforcement methods have been better improved than the CFRP reinforced method. The steel plate is better than the carbon fiber in the column.KEY WORDS: ANSYS, RC frame stru
14、cture, The overall seismic performance，The carbon fiber reinforcement, The composite reinforcement目录第一章 绪论11-1研究背景和意义11-2 框架加固的目的及方法21-2-1 框架加固的目的21-2-2 框架加固的方法21-3 CFRP和钢板加固混凝土结构有限元法分析现状61-3-1 钢筋混凝土有限元法研究现状61-3-2 碳纤维加固混凝土结构的有限元研究现状71-3-3 钢板加固混凝土结构的有限元研究现状81-4 本文研究的主要内容81-4-1 问题的提出81-4-2 主要研究内容9第二章
15、加固钢筋混凝土结构有限元分析方法102-1 混凝土结构有限元研究102-2 结构非线性问题112-3 各种材料的本构关系112-3-1 概述112-3-2 混凝土的本构关系132-3-3钢筋与钢板的本构关系142-3-4 碳纤维材料的本构关系152-4 单元类型152-4-1 钢筋混凝土单元152-4-2 钢筋单元162-4-3 碳纤维布单元172-4-4 钢板及刚性垫块单元182-5 混凝土单元破坏准则182-5-1 Von Mises强度理论192-5-2 Willam一Warnke 五参数破坏准则192-6 ANSYS计算中的非线性分析202-6-1 ANSYS非线性分析计算方程和步骤2
16、02-6-2 求解设置和收敛条件202-7 本章小结21第三章 加固钢筋混凝土框架结构抗震试验和有限元计算223-1框架抗震试验概况223-1-1 试验目的223-1-2 试件的设计与制作223-1-3 框架试件材料参数233-2 加载方案243-3 试验结果与结论253-3-1滞回曲线分析253-3-2骨架曲线253-3-3力学性能指标263-4 有限元模型设计263-5 ANSYS分析过程313-5-1钢筋混凝土结构有限元模型建立313-5-2简化和基本假定313-5-3前处理过程（Preprocessor）323-5-4 求解373-5-5后处理过程（General Postproces
17、s）393-6有限元模型合理性验证413-6-1力学性能比较413-6-2滞回曲线与骨架曲线比较423-7 本章小结43第四章 ANSYS有限元计算结果分析444-1 钢筋混凝土框架模型破坏过程444-1-1单调加载444-1-2 水平低周反复加载464-2 框架模型滞回曲线和骨架曲线分析484-2-1滞回曲线分析484-2-2 骨架曲线524-3 框架延性分析与耗能能力分析554-3-1延性分析554-3-2 框架耗能能力分析564-5 框架刚度退化和承载力退化分析584-5-1刚度退化分析584-5-2 承载力退化分析604-6 钢筋的荷载-应变曲线分析614-7碳纤维布与钢板的应力分析6
18、54-7-1碳纤维布应力分析654-7-2 钢板应力分析664-7-3 加固材料利用率664-8 本章小结67第五章 结论与展望695-1 结论695-2展望70参考文献71致谢73攻读学位期间所取得的相关科研成果74137 第1章 绪论自20世纪50年代以来，我国相继建设了大批钢筋混凝土框架结构形式的建筑。由于钢筋混凝土框架结构具有较好的整体性和承载能力，故其在工业建筑以及多高层民用建筑中其应用也最普遍1。 经过几十年的发展，一些框架结构已接近或超过其设计使用年限，而且随着地震等自然灾害的频繁发生，钢筋混凝土框架结构受到了不同程度的损坏，严重的需要拆除重建，但大部分建筑经过加固维修后仍可继续
19、使用。所以，对已有建筑的改造加固成为了结构工程重要的研究方向，并在未来的几十年会有长足的发展。1-1研究背景和意义建国初期兴建的钢筋混凝土框架结构距今已有近60年的使用期，其中有些工程在我国的建筑史上具有很重要的地位，如人民大会堂，中国历史博物馆，北京火车站等，都是不可多得的艺术瑰宝2。钢筋混凝土框架结构在其中应用最广，这批建筑已超过结构设计的使用基准期。从建筑抗震角度看，早期设计的这些建筑并未达到该地区的设防标准，甚至根本就没有考虑抗震设防要求，因此需要对此批建筑进行抗震鉴定，如果必要的话，应进行抗震加固；从建筑结构的使用角度看，由于建筑物中部分设备的老化陈旧以及人们生活需求的提高，以致建筑
20、物的部分功能已不能满足目前的需求，应对建筑结构进行部分改造和更新以达到继续使用的要求，均需要进行加固改造。这些均会导致框架结构具有较差的抗震能力，在地震作用下，建筑结构会受到不同程度的破坏甚至倒塌，造成重大损失。使用有效地方法对建筑物进行抗震加固是改善其结构抗震性能的有效途径。地震灾害具有突发性和不可预测性，其巨大的地震能量及伴随产生严重的次生灾害，造成建筑物破坏和倒塌。钢筋混凝土框架结构的抗震性能较好，王汝恒等人在对08年汶川地震绵阳城区各类建筑结构的震害特征调查一文中，总结了钢筋混凝土框架结构的震害特征3：框架结构极少出现框架主体结构的破坏，框架柱的破坏主要集中在柱端，在框架柱与梁交接处的
21、节点下部尤为严重。框架梁的破坏主要发生在梁端，而且一般是伴随的柱断裂发生。大部分框架结构的建筑能起到抗震设防的作用，对于低烈度区的建筑，框架建筑基本保持完好4。对于这些建筑需进行抗震加固仍可继续投入使用。随着社会进步，经济水平的不断提高以及几次重大地震震害经验的经验教训，我国的相关建筑设计规范做了几次重大的修改。有些既有建筑是按照当时的规范进行设计，尽管这些建筑目前尚能满足使用要求，但普遍存在抗震能力不足的缺点，需要进行抗震加固。而且随着经济的发展，大量的建筑物需要进行改造或扩建，这些建筑物在改造或扩建过程中难免需要加固。因此，对混凝土结构加固后的抗震性能研究成为近期国内的热点。随着计算机的飞
22、速发展和有限元理论的日益完善，使对大型复杂结构的数值分析成为了可能。有限元法在土木工程中的应用，特别是在钢筋混凝土这种多向复合材料中的应用，为复杂结构的设计和分析提供极大方便5。所以，利用有限元软件对钢筋混凝土框架结构加固进行分析研究受到越来越多研究和设计人员的重视。随着数值分析理论的发展，有限元分析方法在钢筋混凝土结构加固领域中发挥了越来越大的作用，已有众多学者对其进行了深入研究，促进了有限元法在工程中的发展。1-2 框架加固的目的及方法1-2-1 框架加固的目的框架结构由于年久失修，使用不当，设计不合理，未考虑抗震设防或没达到要求以及遭遇地震等原因，造成了框架结构的局部损伤，将其拆除重建会
23、造成很大的浪费，所以加固技术便应运而生。通过合理的加固方法对现有的混凝土框架结构进行加固，使框架结构满足安全性、适用性、耐久性的要求，同时能达到建筑抗震设防的要求。目前，我国已颁布的GB50367混凝土结构加固技术规范6总结了我国已应用的较成熟的加固改造技术，适用于多种不同的建筑结构的损伤后的加固处理，很大程度上推动了加固技术的发展。加固的目的主要是7：（1） 使结构、构件的强度得到了提高；（2） 使结构、构件的刚度得到了提高；（3） 使结构、构件的稳定性得到了提高；（4） 使结构、构件的耐久性得到了提高。 由于建筑结构在使用过程中造成的的损伤类型和程度不同，由此而加固的方法和作用也不同，应选
24、择合理的方法进行有针对性的加固。钢筋混凝土框架结构通过对梁、柱、节点的加固，提高框架结构的承载力和耗能能力，达到提高其整体抗震性能的目的。1-2-2 框架加固的方法 以往的抗震加固方法往往重视保证结构的安全性，而忽视了建筑物的外观和使用功能。科学技术快速发展，更多新材料、新工艺和新技术得到了空前的发展，所以应用在混凝土结构的加固手段和方法也不断涌现。从而使建筑物加固后不仅能满足安全性和适应性要求，也使原建筑物的外观满足要求。框架结构的加固方法概括为以下三类方法8： （1）提高结构或构件强度的抗震加固方法 采用此类加固方法，构件经加固后，构件的强度和刚度虽然可以大大增加，但是变形能力反而会显著降
25、低，可能会发生脆性破坏。对于这类加固方法，要求框架结构加固后的抗震强度增加要显著高于地震荷载可能增加，以保证必要的安全系数，获得可靠的加固效果。结构或构件在侧力作用下加固前后的力（Q）-位移（）曲线大致如图1.1所示。 （2）提高结构或构件变形能力的抗震能力加固方法 此加固方法可分为直接法和间接法。 1）直接法 当结构在预期地震作用下变形能力不能满足要求时，可采取直接增加结构变形能力的方法进行加固，提高结构的变形能力。采用此方法，结构的变形能力得到了提高，但强度和刚度并没有增加。结构或构件在侧力作用下加固前后的力（Q）-位移（）曲线大致如图1.2所示。 2）间接法当结构在地震作用下产生的变形过
26、大，以至于只采用直接法不足以消除“隐含危险”时，或者结构本身变形能力较好，采用直接法加固效果并不明显，可采用间接加固法。即适当提高结构的抗剪屈服强度，使地震作用下的弹塑性变形不超过允许限值，采用此类加固方法，加固后不降低结构变形能力。结构或构件在侧力作用下加固前后的力（Q）-位移（）曲线大致如图1.3所示。 3）同时提高结构强度和延性的抗震加固方法 如果当框架结构强度不足，且延性也很差时，可采用同时提高两者的措施，以保证框架结构的抗震能力。加固后既增加了强度，变形能力也得到了改善。结构或构件在侧力作用下加固前后的力（Q）位移（）曲线大致如图1.4所示。 图1.1 提高强度的Q曲线Fig.1.1
27、 The curve of strength improved 加固后加固前 图1.2 直接法Q曲线Fig.1.2 The curve of direct method加固后加固前图1.4 同时提高强度和延性的Q曲线Fig.1.4 The curve of while improving strength and ductility加固前加固后 图1.3 间接法Q曲线Fig.1.3 The curve of indirect method加固后加固前 图1.3 间接法Q曲线Fig.1.3 The curve of indirect method加固后加固前 钢筋混凝土框架结构加固修复的方法较多
28、，混凝土结构加固设计规范6GB50367-2006总结了目前广泛应用的加固方法如下910： （1）增大截面加固法 增大截面加固法（外包混凝土加固法）是一种通过在旧的混凝土结构上增加新的混凝土结构以增大结构/构件的截面面积和配筋率的加固方法。这种加固方法提高了结构/构件的承载力、刚度、抗裂性和稳定性。增大截面加固法是结构加固最基本的、最直观有效的加固方法，根据构件的加固目的和要求以及结构的受力特点可设计为单侧、双侧、三侧或四侧包套的加固11。增大截面加固方法在新旧混凝土部分整体工作和共同受力问题在设计构造方面需得到更好的解决12。新混凝土与原混凝土的界面受力较复杂，是结构加固后受力时最薄弱的部位
29、。 （2）外粘型钢加固法 外粘型钢加固法（外包钢加固法），是通过粘结剂包裹在混凝土梁或柱等构件的四周的一种加固方法。外包钢构件可以完全替代或部分替代原构件工作，较大程度提高了构件的承载力和延性性能，加固的目的得以实现。同增大截面加固法相比，由于使用外粘型钢加固法加固的结构/构件截面基本不变或变化不会大，方便施工，因此在结构加固改造时经常使用此方法。实际工程中，使用外粘型钢法加固混凝土结构/构件时，应优先选用角钢，并结合使用灌注改性的环氧树脂胶粘剂粘贴角钢，也可采用具有防腐蚀和防火性能的饰面材料加以保护，提高其耐久性。 （3）外加预应力加固法 外加预应力加固法是一种新型的加固方法，其是通过使用预
30、应力筋（钢绞线）对建筑的结构/构件进行加固的方法。这种方法有效地限制了裂缝的开展，而且施工方便快捷，并且预应力产生的负弯矩可抵消一部分荷载弯矩，使用此种方法加固后也基本不会使结构/构件截面高度增大，而且不会使建筑物的使用空间受到较大影响，使结构/构件的抗弯承载力以及抗剪承载力得到了较大程度的提高，同时使其在使用阶段的功能得到了较大改善。 （4）粘贴纤维材料加固法 粘贴纤维材料加固技术是指将纤维材料通过高性能粘结剂粘贴在建筑结构的表面，使纤维材料与混凝土实现共同工作的目的，以此使结构/构件的抗弯承载力与抗剪承载力得到提高，这样可以实现对混凝土结构进行加固补强的目的，广泛应用在混凝土结构加固方面。
31、纤维复合材料和混凝土是属于两种不同性质的材料，此加固法的难点在于如何保证结构后纤维复合材料和混凝土可以协调受力的问题。另外，纤维复合材料高强度低弹性模量是妨碍其发挥出最大加固效果的因素之一，对纤维材料施加预应力是也可使其材料强度的利用率进一步提高。（5）粘贴钢板加固法 粘贴钢板加固法是指将钢板通过一种特指的高性能结构胶粘剂粘贴在混凝土材料表面上，实现钢板和混凝土两种材料一起工作的目的，达到加固和提高结构强度和刚度的目的，在工程中得到广泛应用。该方法利用钢板较高的抗拉强度来增强结构/构件的承载力和刚度。但是粘钢法对使用环境的温度和湿度有限制，应做好钢材的防火和防腐。（6） 附加支点加固法 附加支
32、点加固法是指受弯构件的计算跨度得以减小，同时减小了作用在被加固构件上的荷载效应，并使结构的承载力得到了提高。附加支点加固法可分为弹性支点加固法与刚性支点加固法两种，设计时可根据被加固结构的特点使用条件选择其中一种，宜采用有预应力的方案。预加应力的大小应以支点处被支顶的构件表面不出现裂缝和不需增设钢筋为度，制作支撑结构构件的材料应根据结构所处的环境及使用要求确定，应做好有效的防锈和隔热措施。（7） 喷射混凝土加固法 喷射混凝土法是在旧建筑结构的表面喷射一定配比的混凝土拌合料的加固方法，其是利用压缩空气通过管道输送并高速喷射在需要加固的表面上，混凝土随时间凝结硬化，并可形成混凝土的支护层。喷射混凝
33、土拌合料法可结合钢筋网使用，与原建筑材料粘结强度更强，使结构的整体性得到提高，可有效地传递拉应力、剪应力，同时使建筑结构的承载力得到提高。此外，为提高加固材料与原混凝土结构共同工作的性能，与混凝土加固修复技术配套使用的技术也得到了发展13，如植筋技术、裂缝修补技术、碳化混凝土修复技术等。加固方法的优缺点和使用范围如表1.1所示。表1.1 混凝土常用加固方法Table1.1 The common methods of concrete reinforcement加固方法优点缺点使用范围增大截面法施工工艺简单，适用面广。施工周期长，湿作业工作量大，养护时间长，对生活和生产有一定影响。梁、板、柱、墙
34、、基础、屋架等混凝土构件。外粘型钢法施工简单、周期短，构件截面尺寸增加不多。耐火、防火性较差。混凝土柱、梁、桁架和腹杆。外加预应力法施工周期短，不增加构件截面、费用较低。技术要求较高，环境要求较高。截面较小、高应力等场合的梁、板、柱和桁架。粘贴碳纤维法强度高，自重轻，施工方便、周期短，具有耐久性和耐腐蚀性。费用高，技术要求高。受弯和受拉构件等。粘贴钢板法坚固耐用，施工快速，简洁轻巧，灵活多样，经济合理。耐火、防腐较差，技术要求高。一般受弯、受拉构件，及中轻级工作制吊车梁的加固。增设支点法简单可靠对原结构空间有一定影响适用于具体条件许可的梁、板等混凝土结构加固喷射混凝土法粘结性、耐久性好，整体性
35、较好，速度快，质量高施工厚度不宜控制，表面不平整，劳动条件差适用任何形状加固面和大面积加固 1-3 CFRP和钢板加固混凝土结构有限元法分析现状目前数值方法在工程领域内得到了较广泛的应用，其中常用的包括有限单元法、离散单元法和有限差分法等14，就应用的广泛性而言，有限单元法应用最广。如今，有限元法已成为工程数值分析的有效方法，特别是在复杂的结构分析领域内。利用有限元法已经成功地解决了许多试验难以解决的问题。碳纤维和钢板是最常用的加固材料，已有较多研究者利用有限元软件分析碳纤维和钢板加固结构构件这种复杂问题，取得较好的效果。1-3-1 钢筋混凝土有限元法研究现状 最早将有限元理论应用在混凝土领域
36、内的是美国学者和15 （1976年），他们利用有限元法对混凝土简支梁的进行抗剪分析，考虑以三角形来划分钢筋和混凝土单元材料，分析钢筋与混凝土材料的应力问题时，使用了平面应力和线弹性理论；为了可以分析混凝土与钢筋材料之间的粘结应力问题，可考虑在两者之间附加有一定刚度的粘结弹簧，其可沿钢筋的切向和径向设置；为了可以反映钢筋的开裂特性，他们提出了离散裂缝的模式，考虑在裂缝之间附加一种特殊的粘结弹簧，以此来模拟钢筋在混凝土裂缝间的销栓作用和骨料咬合力。在随后的三十多年中，研究学者深入研究了混凝土有限元研究的分析方法、理论基础和试验研究等方面，并取得了很大发展。混凝土结构设计规范GB50010-2010
37、16已将混凝土有限元分析方法纳入了有关条文中。钢筋混凝土结构有限元分析的发展阶段大体可分为三个阶段17。第一阶段是年至1977年，研究学者继续研究Ngo 和提出的理论，并在此基础上提出分布裂缝模式，其是考虑把钢筋单元以配筋率的形式弥散在混凝土单元中，不考虑钢筋与混凝土的滑移，假定两种材料有效粘结；为了考虑裂缝之间混凝土对受拉的贡献，有些研究中还提到了“拉伸强化”的概念，这一模式可用来分析混凝土材料的平面应力、平面应变、板弯曲以及三维实体的问题。在此期间的有限元理论在混凝土领域的研究和应用，取得了很大的进展，但是，有限元的理论研究和工程应用还尚未完善，基本上处于探索阶段，需要进一步发展。 第二阶
38、段主要是从年至年，这一时期可分为两个领域的研究工作。一方面，研究工作将继续把重点放在选择单元模式和混凝土本构关系、破坏理论和裂缝模拟方面的发展、研究钢筋拉伸强度、骨料间咬合以及钢筋的销栓和混凝土的粘结作用等方面上。另一方面是美国的土木工程师协会组织学者进行系统性的总结和交流工作，协会由一个20人的委员会组成，五年的时间内发表了一份共计545页综述报告，分析和总结了有限元分析在钢筋混凝土结构分析领域的研究信息和资料。内容涉及混凝土与钢筋的模拟方式以及粘结表示，材料的本构关系和破坏理论，混凝土的开裂和剪力传递等方面。欧洲和亚洲的一些学者也在这一时期开始大量研究有限元方法在混凝土结构分析方面的应用，
39、并取得了较好地成效。他们将有限元理论应用于梁、柱、节点等结构构件的受力分析方面，有些已合理的应用于工程设计中，并提供了制定规范的依据。这一时期，我国也开始了混凝土结构有限元分析的研究工作，并发表了一些论文和专著1819。第三个阶段是1985年至今，对有限元法理论基础的研究更加深入，有限元理论在钢筋混凝土结构领域的发展更加具有实用性，把理论分析应用到工程实际中，而理论也在实际中也得到了验证。有限元理论的研究内容扩展到了混凝土的非线性分析中。比如预测结构在动力或者冲击荷载下的性能，在此过程中需要正确的选择模型和材料参数。随后混凝土结构的有限元非线性分析也开始综合考虑材料非线性、几何非线性、结构非线
40、性和状态非线性。混凝土结构进一步分析中，也可以同时考虑与环境有关的因素，例如环境腐蚀、混凝土的徐变、预应力以及热效应等。总之，与实际结构更为相近，有限元分析可逐渐代替实体结构进行研究。在这一时期，我国在结构非线性有限元分析方面也开展了研究，并取得很大进展。1-3-2 碳纤维加固混凝土结构的有限元研究现状、等人利用有限元件对加固混凝土梁的抗弯和抗剪承载力性能进行了分析2023。混凝土材料选用单元模拟，单元模拟钢筋，单元模拟材料。假定混凝土与材料、钢筋之间均粘结良好，模拟结果与试验结果拟合较好。周毅雷、王树森、李文盛等人利用有限方法对加固混凝土梁进行了非线性进行了分析2426。混凝土材料选用单元，
41、单元模拟碳纤维布，采用单元模拟钢筋，不考虑混凝土与钢筋、混凝土与碳纤维布之间的滑移，通过有限元结果与试验结果比较，吻合较好，验证了模型的合理性。 陆新征等人采用ANSYS有限元软件对纤维增强材料（）布约束混凝土方柱的轴心受压性能进行了数值分析27。采用分离式建模，选用 单元模拟混凝土, 单元模拟钢筋,布则选用膜单元模拟, 忽略纤维材料的剥离破坏。计算分析得到的纤维布约束混凝土轴向受压平均应力-应变关系和纤维应变关系曲线与试验曲线对比,证明吻合较好。王吉忠、韩可双等人利用有限元软件对加固混凝土柱进行了抗震性能研究28,29。其中单元模拟混凝土，单元模拟钢筋，模拟碳纤维。钢筋与混凝土采用分离式建模
42、，假定钢筋与混凝土、混凝土与碳纤维粘结良好。试验结果表明，框架柱加固后承载力和延性得到了提高，有限元计算结果与试验结果拟合较好。吴蓉，冼巧玲等人对运用有限元软件对加固钢筋混凝土框架节点的抗震性能进行了研究分析30,31。钢筋混凝土采用分离式模型，混凝土单元选择八节点六面体单元，钢筋选择三维杆单元单元，选择单元单元模拟。采用分布裂缝( ) 模式，考虑了混凝土的开裂，利用弹簧单元考虑钢筋与混凝土之间的粘结与滑移，并施加低周反复循环荷载，得到节点的滞回曲线，与试验结果拟合较好。魏文晖、朱俊涛等人利用有限元软件对碳纤维布（）加固混凝土框架结构进行有限元分析32,33，研究其抗震性能，取得较好的效果。1
43、-3-3 钢板加固混凝土结构的有限元研究现状刘敏、张雷、林晓东等人利用有限元分析方法分析了混凝土梁粘钢加固前后的非线性性能3436。采用钢筋与混凝土分离式建模，钢筋采用单元模拟，混凝土采用单元模拟，钢板和支座选用单元模拟，将有限元分析结果与理论计算结果进行了比较，取得较好的模拟效果。于江、邝艳华对混凝土框架节点粘钢加固前后进行有限元分析37，将数值模拟结果与试验数据进行对比，验证了模型的合理正确性。对于粘钢加固混凝土框架结构的有限元分析还较少。韩宇平利用有限元软件尝试建立了碳纤维和钢板复合加固混凝土梁的模型38。采用单元模拟钢筋，混凝土选用单元模拟，碳纤维选用单元模拟，钢板为单元模拟，假定混凝
44、土与钢筋以及加固材料粘结较好，无相对滑移，取得较好的效果。目前，已有很多学者研究了碳纤维布和钢板分别加固钢筋混凝土梁、柱、节点等构件试验研究，但是对复合加固的研究还较少。随着钢筋混凝土结构有限元分析的研究和应用，有限元法已能全部或部分取代试验，节省了人力、物力和财力，并能获得试验所不能得到的数据，为混凝土结构的非线性研究提供了一种有效的解决方法，但遗留的问题也较多，比如混凝土在复杂应力条件下的本构关系和破坏准则，混凝土材料、钢筋材料两者之间的粘结关系等。在对混凝土结构进行非线性分析时，常常要考虑影响非线性因素的很多参数，有的参数很难由实验直接测定。在未来的研究中，试验研究工作将会更加深入，而且
45、混凝土有限元理论会得到不断的完善，相信这些问题会慢慢得到解决。1-4 本文研究的主要内容1-4-1 问题的提出目前，单独使用碳纤维加固法和钢板加固法对混凝土梁、柱、节点等单个构件进行加固后的性能研究较多，而对于碳纤维和钢板复合加固框架结构的整体抗震性能的研究还比较少。这些构件加固后，结构整体受力性能和抗震性能会受到影响，如果加固方法选择不合理，不仅不能充分发挥材料的特性，还容易造成材料浪费、施工难度大或者结构薄弱部位转移等不利影响。因此，对建筑物加固改造后结构整体抗震性能的研究是很有必要的，以保证建筑物加固改造后的安全性和可靠性。粘贴碳纤维布（CFRP）与外粘钢板是直接加固修补技术中最常用的两种加固方法，且对其受力机理的研究已较为成熟，两者在改善结构受力性能上各有优缺点。考虑到钢筋混凝土结构模型试验工作量大、周期较长、费用高。本文利用有限元分析软件ANSYS来进行模拟分析，以研究钢筋混凝土框架结构在碳纤维布和钢板复合加固后的抗震性能，既达到节约研究经费目的，同时又满足了工程的需要。1-4-2 主要研究内容本文利用有限元分析软件ANSYS建立了无加固混凝土框架模型、碳纤