FRP阻裂增强梁的有限元分析与试验研究

摘要

基于断裂力学原理的钢筋混凝土结构破坏过程的分析，作者所在的课题组经过大量的试验研究，提出了基于“放”、“阻”、“抗”的三种裂纹控制方法和相应的多种新型钢筋混凝土结构。新型结构具有优良的力学性能，是对传统的混凝土结构的有益的补充。新型复合钢筋混凝土结构大量的试验和实践已经证明了其强大的生命力。 本文针对基于“阻”的裂纹控制思想的含“FRP”阻裂增强层的混凝土结构的阻裂机理进行了深入的分析、有限元计算和试验研究。首先对新型复合结构的两条断裂力学机理进行了认真深入的分析表明FRP是通过两种方式：即以集中闭合力和变边裂纹为内部裂纹的方式发挥作用。然后利用有限元计算软件MSC.Marc对FRP阻裂增强机理进行了有限元计算分析，验证了了FRP优越的阻裂增强性能，并且针对影响FRP阻裂增强效果的因素进行了深入的计算，揭示了阻裂增强层厚度，弹性模量以及剥离长度对阻裂增强效果的影响规律得出了FRP的作用将使混凝土梁的裂纹在0.7～0.75倍梁高度止裂的重要结论，以及多裂纹下新裂纹的发展规律；最后通过对不同FRP材料、不同粘贴方式和不同粘贴层数以的小梁试件的试验，验证了这些影响规律。 本文为新型复合钢筋混凝土结构的阻裂增强机理提供了可靠的理论和试验验证，并为阻裂增强材料的选取提出了有益的建议。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1.混凝土结构的发展

1.1.1.混凝土结构的广泛应用

1.1.2.从素混凝土到普通钢筋混凝土

1.1.3.从钢筋混凝土到预应力混凝土

1.1.4.钢筋混凝土结构的裂纹

1.1.5.基于“放”“阻”、“抗”三种裂纹控制思想的混凝土结构

1.2.“阻”的裂纹控制思想及其实现

1.2.1.“阻”的裂纹控制思想

1.2.2.“阻”的裂纹控制思想的实现

1.2.3.“阻”的裂纹控制思想与结构粘贴加固方法的区别

1.2.4.复合钢筋混凝土结构的力学性能

1.2.5.复合钢筋混凝土结构已有的成果及研究进展

1.3.本文的目的、意义及主要研究内容

1.3.1.研究的目的、意义

1.3.2.本论文的主要研究内容

第二章FRP阻裂增强混凝土梁的断裂力学机理

2.1.混凝土结构中的断裂力学问题

2.1.1.混凝土结构中的裂纹

2.1.2.断裂力学中研究的裂纹

2.2.线弹性断裂力学的基本原理

2.2.1.裂纹尖端的应力奇异性与构件的断裂破坏

2.2.2.裂纹尖端的应力强度因子

2.2.3.断裂韧性与断裂准则

2.2.4.不同的加载情况、裂纹处于构件不同位置的应力强度因子

2.3.基于断裂力学的FRP阻裂增强机理

2.3.1.基于断裂力学原理的FRP的两条阻裂增强机理

2.3.2.含FRP阻裂增强层混凝土梁的破坏过程

2.3.3.FRP阻裂增强梁的破坏模式

第三章FRP阻裂增强混凝土梁的有限元分析

3.1.断裂力学有限元模型的MSC.Marc实现

3.1.1.J积分的计算

3.1.2.断裂力学问题的有限元实现

3.1.3.有限元软件MSC.Marc

3.1.4.有限元计算的思路

3.1.5.有限元模型的建立

3.1.6.闭合应力

3.1.7.裂纹最大宽度

3.2.含FRP阻裂增强层小梁和普通混凝土小梁的有限元分析

3.2.1.含FRP阻裂增强层小梁和普通混凝土梁的应力强度因子分析

3.2.2.FRP阻裂增强小梁和普通混凝土小梁的裂缝宽度对比分析

3.2.3.普通混凝土小梁和含FRP阻裂增强层梁的挠度分析

3.2.4.小结

3.3.FRP阻裂增强效果的影响因素有限元分析

3.3.1.FRP阻裂增强材料厚度对增强效果的影响

3.3.2.FRP阻裂增强材料的弹性模量对增强效果的影响

3.3.3.FRP材料和混凝土界面剥离对增强效果的影响

3.3.4.荷载大小的影响

3.4.多裂纹的影响

3.4.1.双裂纹的影响

3.4.2.三裂纹的影响

3.4.3.多裂纹模型的比较分析

3.5.本章总结

第四章FRP阻裂增强混凝土梁的试验研究

4.1.实验总体情况

4.1.1.试验目的及试验方案

4.1.2.FRP阻裂增强梁的制作

4.1.3.加载

4.2.小梁试验结果汇总

4.2.1.方案一试验结果

4.2.2.方案二试验结果

4.3.方案二试验结果分析

4.3.1.FPP阻裂增强梁的破坏过程分析

4.3.2.粘贴不同层数的GFRP阻裂增强混凝土小梁的荷载位移曲线

4.3.3.不同粘贴方式的GFRP阻裂增强混凝土小梁的荷载位移曲线

4.3.4.不同弹性模量的FRP阻裂增强材料的混凝土小梁的对比

4.4.本章结论

第五章结论及展望

5.1.论文结论

5.2.展望

参考文献

致谢

在学期间发表的论著及取得的科研成果