FRP片材补强混凝土梁界面温度应力分析

摘要

FRP片材由于具有比强度、比刚度高、不增加自重、耐腐蚀等一些优良性能，所以在航天和建筑方面及其它一些工程中得到了极大的关注。
　　本文重点分析了FRP片材补强混凝土梁界面温度应力分布理论，解决补强方面的一些工程问题，主要完成了以下几个方面的研究工作：
　　首先，FRP片材的热膨胀系数与混凝土的热膨胀系数相差较大，在环境温差作用下， FRP片材补强混凝土界面将产生界面温度应力，正确分析界面温度应力和界面应力变化规律，对补强结构设计和安全评价具有重要的意义。为了对界面温度应力进行理论计算，所以建立了FRP片材补强混凝土梁界面温度应力定量计算公式，为了验证理论的合理性，本文设计了CFRP、GFRP、Kevlar纤维在温差一定和不同层数情况下界面温度应力，另外还研究了层数温差不等的情况下界面温度应力。实验结果表明，FRP片材的厚度对界面的应力有着重要的影响，在补强强度达到使用要求的情况下，尽量不要超过3层，因为在温差40℃时，三层碳纤维补强所产生的界面应力已达到界面剪切强度的一半。另外研究结果还表明界面温度应力与基底混凝土的刚度关系不大。
　　其次，研究了在载荷作用下界面应力分布，通过经典的4点弯曲模型对在载荷作用下的界面应力进行了分析，给出了FRP片材发生断裂破坏时的极限承载力表达式，并综合考虑了温度和载荷共同作用下界面应力分布问题。通过对温度和载荷共同作用下界面温度应力理论计算式的分析，可以清楚的知道在二者共同作用FRP片材补强混凝土梁的界面应力的分布形式。
　　最后，通过有限元方法分析对不同层数 FRP在不同的温差下的界面应力进行了分析，与实验结果比较后得出，通过建立正确的分析模型，有限元分析可以有效地模拟 FRP片材补强混凝土梁的力学性能，最后通过应力云图和应力曲线分布图，可以对界面的应力分布有个微观的认识。

目录

FRP 片材补强混凝土梁界面温度应力分析

ANALYSIS OF THE INTERFACETEMPERATURE STRESS OF FRPREINFORCED CONCRETE BEAM

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 学术背景及研究的目的与意义

1.2 国内外研究应用现状和发展趋势

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3 本课题主要研究内容和方法

第2章FRP 片材补强混凝土梁试验研究

2.1 引言

2.2 试验方案

2.2.1 材料与试样

2.2.2 试样的制备

2.3 试件制作流程图

2.4 实验环境及基本参量设定

2.5 实验结果分析

2.5.1 不同温差下相同FRP 片材补强混凝土梁界面温度应变分析

2.5.2 基底对界面温度应力的影响

2.6 FRP 片材补强混凝土梁界面温度应力分析

2.7 本章小结

第3章FRP 片材补强混凝土梁界面温度应力分析

3.1 引言

3.2 微元法分析FRP 补强混凝土梁界面应力

3.3 温度函数的引入及复合材料的热膨胀系数计算

3.4 FRP 片材补强混凝土梁界面应变分析及计算

3.5 本章小结

第4章FRP 片材补强混凝土梁界面应力分析

4.1 引言

4.2 基本假定

4.3 剥离应力

4.3.1 剪应力分析

4.3.2 正应力分析

4.4 纯弯段分析

4.5 考虑温度应力和载荷共同作用界面应力分布情况

4.6 本章小结

第5章FRP 片材补强混凝土梁界面温度应力分布

5.1 引言

5.2 热分析有限元理论

5.3 混凝土及纤维的热力学参数

5.4 模型的建立及加载情况

5.4.1 建立有限元模型

5.4.2 载荷和温度共同作用下的有限元分析

5.5 有限元解和实验解的对比分析

5.6 有限元解的影响因素

5.6.1 主要影响因素

5.6.2 解析结果的比较

5.7 本章小结

结论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

哈尔滨工业大学硕士学位涉密论文管理

致谢