玄武岩纤维布预加固钢筋混凝土梁力学性能研究

摘要

玄武岩纤维复合材料（Basalt Fiber Reinforced Plastic）是一种绿色无污染的新型材料，以其具有的高抗拉强度、高弹性模量、耐热性、绝缘性、耐疲劳性和稳定的化学性质成为了混凝土结构加固的新兴材料。国内对玄武岩纤维加固混凝土结构的研究起步时间较晚，相关的试验及理论依据还不够成熟。而玄武岩纤维优异的性价比及力学性能决定其将在混凝土结构加固工程得到更为广泛的运用，具有大量的研究价值。
　　本文研究试验中浇筑了4片钢筋混凝土T形截面梁，对其中2片梁进行了单调静力加载致梁体出现开裂，以模拟实际工程中针对开裂损伤的梁的加固工程。对4片梁进行了玄武岩纤维粘贴加固，对其中2片梁的转角处进行了圆角处理，研究了玄武岩纤维预加固梁与加固已有损伤梁在静态荷载作用下的力学性能，试验同样考虑了梁体转角处进行圆角处理的影响因素。基于试验记录的数据，分析了预加固梁和加固已有损伤梁在开裂荷载、极限荷载、跨中位移、钢筋、混凝土及纤维布应变、裂缝开展情况的不同。试验的同时进行了理论分析和有限元模拟，对其结果进行了验证。通过试验研究和理论分析得出以下这些结论：
　　（1）采用玄武岩纤维加固后，加固梁的开裂荷载及屈服荷载均有明显的提高，且裂缝的开展速率减缓。预加固梁纤维布与钢筋的应变值试验中一直比较接近。预加固梁刚度大于加固已有损伤梁，预加固梁跨中挠度值在极限荷载下要小于后者。预加固梁对弯剪区的混凝土的保护效果更好。在模型梁的破坏形态中，预加固梁均为纤维布剥离或剪断，混凝土出现较大裂缝。加固已损伤梁则为在纤维布剥离前混凝土出现大面积剥落；
　　（2）玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁受粘贴纤维布层数及U型箍锚固方式的影响容易出现抗弯能力高于抗剪能力，使得破坏形态为混凝土压碎破坏、纤维布粘结破坏。模型梁粘贴纤维布加固前进行转角处的圆角处理使得受拉纤维布和U型箍纤维布工作效果得到改善，减少了纤维布在转角处出现应力集中的现象，使极限荷载有了一定程度提高；
　　（3）根据有关规范推导出加固T型梁的正截面承载力设计值及斜截面承载力设计值计算公式，公式计算结果及由ANSYS软件模拟分析的数值解最大为试验结果83％，偏于安全保守。

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主要符号说明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 混凝土结构加固技术分类介绍

1.3 FRP材料加固混凝土结构较传统加固方法的优势

1.4 玄武岩纤维材料简介

1.5 国外关于FRP材料加固混凝土结构的试验研究

1.6 国内关于FRP材料加固混凝土结构的试验研究

1.7 本文主要研究内容

第二章 玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁的理论分析

2.1 引言

2.2 钢筋混凝土梁正截面加固计算原理

2.3 钢筋混凝土梁斜截面加固计算原理

2.4 加固计算结果

2.5 运用ANSYS进行有限元分析

第三章 玄武岩纤维布材加固试验采用方案设计

3.1 引言

3.2 钢筋混凝土梁制作

3.3 模型梁加固前的开裂试验

3.4 模型梁加固材料介绍

3.5 试验梁加固方案设计

3.6 玄武岩纤维粘贴及测点布置

3.7 本章小结

第四章 玄武岩纤维布加固钢筋混凝土梁试验分析

4.1 试验目的

4.2 加载试验设置

4.3 加载试验破坏情况

4.4 试验结果分析

第五章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 工作展望

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文

致谢