RC伸臂梁采用聚乙烯醇纤维水泥砂浆加固抗剪试验研究

摘要

作为用于混凝土结构及砌体结构的新型加固补强技术，聚乙烯醇纤维水泥砂浆(PVA-ECC)钢筋网加固方法利用了聚乙烯醇纤维良好的物理力学性能（如抗裂性好等），并通过相应的界面处理方式（包括凿毛、涂刷界面剂及植入剪切销钉等措施），保证了加固层与被加固构件的整体性，即确保二者的协同工作能力，从而达到共同抵抗外力的效果。该加固方法施工工艺简单快捷，可操作性强，且性价比较高。
　　本文采用4根试验梁进行抗剪试验研究，包含2根对比试验梁和2根聚乙烯醇纤维水泥砂浆(PVA-ECC)钢筋网加固的加固试验梁，其中加固试验梁为一次受力梁。本试验选用伸臂梁结构形式作为受力模型，采用重物吊篮加载法进行试验。在试验结果基础之上，分析了不同剪跨比下的对比试验梁及加固试验梁的斜裂缝开展、破坏形态、挠度、应变的变化规律，并对比分析了对比试验梁与加固试验梁的受力性能。
　　试验表明，该加固方法对试验梁的剪切刚度及抗剪承载力均有一定的提高，且抗剪承载力的提高幅度和剪跨比有关，剪跨比较大的构件抗剪承载力提高幅度较大，加固层与被加固构件工作协同性较好，并且在有效推迟裂缝产生的同时，又能约束已有裂缝的汇集扩张，抑制裂缝的发展速度。依据试验结果及理论分析，采用桁架—拱模型原理，理论推导出聚乙烯醇纤维水泥砂浆钢筋网加固RC伸臂梁的抗剪承载力计算公式。通过比较，计算结果与试验结果吻合较好，可为实际加固工程设计提供理论参考。
　　最后采用ABAQUS软件进行非线性有限元数值分析，将试验梁模型化进行有限元模拟分析，并通过试验结果与有限元模拟分析结果对比，验证了聚乙烯醇纤维水泥砂浆钢筋网加固方法的实用性及可靠性。同时简要分析了聚乙烯醇纤维砂浆加固层加固抗剪作用机理。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 建筑结构加固原因及加固方法简述

1．2．1 建筑结构加固原因

1．2．2 建筑结构常用加固方法

1．3 国内外对纤维复合材料研究及应用

1．4 PVA-ECC钢筋网加固法简述

1．5 研究主要内容

第2章 试验研究与分析

2．1 试验方案

2．1．1 试验梁的设计及制作

2．1．2 试验装置及加载

2．1．3 观测内容及方法

2．2 材性试验

2．2．1 PVA-ECC的材料性能

2．2．2 混凝土的材料性能

2．2．3 钢筋的材料性能

2．3 试验结果

2．4 试验结果分析

2．4．1 承载力分析

2．4．2 破坏形态分析

2．4．3 裂缝分析

2．4．4 挠度分析

2．4．5 箍筋应变分析

2．5 本章小节

第3章 加固梁抗剪承载力的理论分析

3．1 抗剪承载力计算模型简述

3．1．1 压力场理论

3．1．2 古典桁架模型

3．1．3 极限平衡理论

3．1．4 桁架—拱理论

3．1．5 桁架+拱模型

3．2 PVA-ECC钢筋网加固抗剪承载力理论分析

3．2．1 桁架—拱模型计算模型的构成

3．2．2 桁架—拱模型中桁架作用效应

3．2．3 桁架—拱模型中拱作用效应

3．2．4 加固梁的抗剪承载力理论计算公式

3．2．5 理论计算公式与试验结果的对比

3．3 本章小结

第4章 ABAQUS有限元分析

4．1 有限元分析方法简述

4．2 材料本构属性

4．2．1 混凝土本构关系

4．2．2 钢筋本构关系

4．2．3 聚乙烯醇纤维砂浆本构关系

4．3 单元选取

4．3．1 混凝土单元

4．3．2 钢筋单元

4．3．3 聚乙烯醇纤维砂浆单元

4．3．4 垫块单元

4．4 网格划分

4．5 边界条件及加载方式

4．6 界面接触处理

4．7 求解器的选择

4．8 有限元结果分析

4．8．1 试验梁B1分析结果

4．8．2 试验梁B2分析结果

4．8．3 试验梁B3分析结果

4．8．4 试验梁B4分析结果

4．9 模拟结果对比及误差分析

4．10 加固作用机理分析

4．10．1 聚乙烯醇纤维砂浆的作用

4．10．2 加固箍筋的作用机理

4．10．3 加固水平纵筋的作用机理

4．11 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文