体外预应力FRP筋加固RC单向板计算方法

摘要

随着我国工程建设的不断深入，大量的工程位于环境恶劣地区，这对混凝土结构的耐久性提出了更高的要求。采用纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)筋替代钢筋或钢绞线作为混凝土的增强加固材料是一种积极有效的方法。本文利用拉挤缠绕成型设备，制备了各类FRP筋，并研究了其制备工艺、力学性能、与混凝土的粘结性能。在FRP筋锚具研究的基础上，提出了体外预应力FRP筋加固钢筋混凝土(Reinforced Concrete，简称RC)单向板的锚固及预应力施加方法，并研究了体外预应力FRP筋加固RC单向板的受弯性能及计算方法。主要内容如下:
　　(1)利用拉挤缠绕成型设备制备了不同类型的玻璃纤维增强聚合物(Glass Fiber Reinforced Polymer，简称GFRP)筋，并将玻璃纤维与钢绞线复合，制备了钢-玻璃纤维增强聚合物(Steel and Glass Fiber Reinforced Polymer，简称SGFRP)筋，分析了肋的形式、直径和钢绞线体积率对FRP筋抗拉性能的影响;通过剪切试验和扭转试验，分析了钢绞线体积率对FRP筋抗剪性能的影响及肋的形式对FRP筋抗扭性能的影响;针对FRP筋拉挤缠绕成型工艺和设备存在的问题，提出了改进建议。
　　(2)通过42个FRP筋与混凝土粘结试件的试验，研究了FRP筋肋的形式、钢绞线体积率、混凝土强度和保护层厚度对试件破坏形态、粘结强度和粘结滑移曲线的影响。假定FRP筋周围的混凝土为弹性材料，并考虑其开裂部分的残余拉应力，建立了带肋FRP筋与混凝土最大粘结应力的理论模型、粘结强度和基本锚固长度的计算方法。在现有粘结滑移本构模型的基础上，分别建立了完全劈裂和劈裂拔出两种破坏试件的粘结滑移本构关系。
　　(3)通过分析FRP筋夹片式锚具锚固机理和破坏形态，提出了预紧力施加与自锁的判断条件以及FRP筋与夹片界面的径向压应力分布模型，建立了FRP筋夹片式锚具承载力计算模型及简化计算方法。针对普通FRP筋粘结式锚具的钢套筒与填充介质粘结强度低的问题，设计了带内螺纹和螺堵两种简易的新型粘结式锚具，提高了锚具的承载力、FRP筋与填充介质的粘结应力峰值，并减小了锚具的长度。
　　(4)在研究FRP筋锚具的基础上，提出了体外预应力FRP筋加固RC单向板的锚固及预应力施加方法。以体外预应力筋的预应力水平和配筋率为试验参数，对5块体外预应力GFRP筋加固RC单向板和1块对比板进行了受弯试验。结果表明，GFRP筋加固RC单向板的延性略有降低，但承载力和刚度得到了明显提高，同时改善了裂缝的开展形态;随着体外预应力GFRP筋预应力水平和配筋率的增大，开裂弯矩和极限弯矩分别提高了24％～121％和38.6％～103％。
　　(5)体外预应力GFRP筋加固RC单向板的破坏形态与梁有所不同，其破坏主要由主裂缝的扩展引起。根据其破坏形态，分别基于粘结折减系数和塑性铰长度，建立了体外预应力FRP筋有效应力的计算模型、体外预应力FRP筋加固RC单向板开裂弯矩和极限弯矩的计算方法，在现有刚度计算模型的基础上，建立了体外预应力FRP筋加固RC单向板短期刚度的计算方法。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 FRP筋的力学性能

1．2．2 FRP筋与混凝土的粘结性能

1．2．3 FRP筋锚具的锚固性能

1．2．4 体外预应力FRP筋加固RC受弯构件

1．3 存在的问题及主要研究内容

1．3．1 存在的问题

1．3．2 主要研究内容

参考文献

2 FRP筋的制备与力学性能

2．1 引言

2．2 试验概况

2．2．1 试验材料

2．2．2 成型工艺与设备

2．2．3 试件的制备与加载

2．3 试验结果及分析

2．3．1 表面形式对抗拉性能的影响

2．3．2 钢绞线对抗拉性能的影响

2．3．3 钢绞线对抗剪性能的影响

2．3．4 肋的形式对抗扭性能的影响

2．4 钢绞线与GFRP的复合效应分析

2．4．1 协同受力系数

2．4．2 SGFRP筋的抗拉性能分析

2．5 FRP筋拉挤缠绕成型设备的改进

2．5．1 现有生产设备存在的问题

2．5．2 改进方法

2．6 本章小结

参考文献

3 FRP筋与混凝土的粘结性能及其计算方法

3．1 引言

3．2 试验概况

3．2．1 试验材料

3．2．2 试件的参数设计

3．2．3 试件的制作

3．2．4 试件的加载

3．3 粘结强度及破坏形态分析

3．4 粘结强度的计算方法

3．4．1 最大粘结应力上下限

3．4．2 最大粘结应力计算模型

3．4．3 粘结强度计算方法

3．4．4 基本锚固长度计算方法

3．5 粘结滑移本构关系

3．5．1 粘结滑移曲线分析

3．5．2 粘结滑移本构关系

3．6 本章小结

参考文献

4 FRP筋锚具的锚固性能及其计算方法

4．1 引言

4．2 FRP筋夹片式锚具的锚固机理分析

4．2．1 基本假定

4．2．2 变形性能

4．2．3 几何关系

4．2．4 FRP筋与夹片界面的径向压应力分布函数

4．3 FRP筋夹片式锚具承载力计算方法

4．3．1 夹片楔入位移的最大值及预紧力的确定

4．3．2 FRP筋夹片式锚具承载力的计算

4．4 FRP筋粘结式锚具的试验及分析

4．4．1 试验概况

4．4．2 试验结果及分析

4．5 本章小结

参考文献

5 体外预应力GFRP筋加固RC单向板受弯试验及其结果分析

5．1 引言

5．2 试验概况

5．2．1 试验材料

5．2．2 试件的设计与制作

5．2．3 FRP筋的锚固与预应力施加

5．2．4 加载与量测

5．3 试验结果对比及分析

5．3．1 裂缝发展

5．3．2 弯矩-挠度关系分析

5．3．3 体外预应力GFRP筋的应力增量

5．3．4 受压区混凝土边缘的压应变

5．3．5 试验单向板的延性分析

5．4 本章小结

参考文献

6 体外预应力FRP筋加固RC单向板的承载力及刚度的计算方法

6．1 引言

6．2 受弯承载力计算模型

6．2．1 粘结折减系数

6．2．2 塑性铰长度

6．3 体外预应力FRP筋有效应力的计算方法

6．3．1 现有的计算方法

6．3．2 基于粘结折减系数的计算方法

6．3．3 基于塑性铰模型的简化计算方法

6．4 开裂弯矩的计算

6．5 短期受弯刚度的计算方法

6．5．1 混凝土开裂前的刚度

6．5．2 混凝土开裂后的刚度

6．6 本章小结

参考文献

7 结论与展望

7．1 主要结论

7．2 主要创新点

7．3 展望

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢