CFRP与角钢复合加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

摘要

纤维增强复合材料作为结构补强加固材料，因其强度高、重量轻、易于施工、耐腐蚀性好等优点，被广泛应用于土木工程中。但开展的混凝土梁抗弯加固方面的试验，大部分局限于受拉区的研究，而忽略了受压区的研究。本文通过在钢筋混凝土梁拉区粘贴碳纤维，压区粘贴角钢，分析了不同加固材料（压区角钢分别为L50×4、L63×4）和不同加固历史（直接加固、卸荷加固、持荷加固）对钢筋混凝土梁抗弯性能的影响。
　　本文共制作11根钢筋混凝土梁，基于试验数据及试验结果，绘制了加固梁的碳纤维布和角钢应力增量随荷载变化曲线、跨中位移随荷载变化曲线、碳纤维布应变随梁位置变化曲线、受拉钢筋应变曲线、跨中混凝土横向应变曲线和碳纤维布-混凝土界面黏结滑移曲线，进而分析了界面黏结性能的退化规律。通过分析试验梁的受力特征并结合破坏模式及界面黏结机理，以现有滞后应变公式为基础，推导了不同荷载等级在卸荷与持荷条件下，试验梁的正截面极限承载力计算公式及外部加固材料的滞后应变公式。同时对试验梁加固后的延性和裂缝开展情况进行了分析研究，并结合有限元软件ANSYS建立模型，提取了试验梁荷载-挠度曲线，分析了试验梁不同荷载子步下的裂缝开展规律。
　　试验结果表明：加载历史和加固量可改变试验梁的破坏模式，主要有三种不同的破坏模式，分别是碳纤维拉断、混凝土压碎和中部裂缝引起的界面剥离破坏；建立基于界面黏结强度和刚度的损伤滑移本构关系与试验值吻合较好；外部加固材料可有效延迟或抑制试验梁表面裂缝的开展；推导所得的一次（无损梁加固）与二次（卸荷或持荷梁加固）加载梁极限承载力计算公式与试验值吻合较好；用能量法测得的延性系数可较好的反映试验梁延性变化趋势。
　　有限元ANSYS计算的试验梁挠度值和试验结果基本一致；在不同荷载等级下对比分析了未加固梁和加固梁的裂缝开展情况，分析结果与实际试验梁的裂缝开展规律相似；证明有限元ANSYS可作为有效的补充手段来分析钢筋混凝土梁的抗弯加固性能。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2常用的结构加固技术

1.3 CFRP布在结构加固中的发展

1.4 CFRP布抗弯加固研究现状及分析

1.5界面黏结滑移研究现状

1.6工程背景

1.7研究内容及创新

2复合加固钢筋混凝土梁抗弯分析

2.1前言

2.2试验材料

2.3配合比设计

2.4试件设计与制作

2.5测量内容

2.6试件加固方案

2.7加固试验梁施工步骤

2.8试件加载

2.9试验现象及破坏形态分析

2.10试验结果

2.11本章小结

3 复合加固钢筋混凝土承载力计算

3.1前言

3.2基本假定

3.3跨中梁截面应变分布规律

3.4 现有滞后应变的理论计算公式

3.5正截面承载力计算表达式

3.6试验梁延性分析

3.7裂缝分析

3.8本章小结

4 CFRP布与混凝土界面黏结滑移性能研究

4.1前言

4.2破坏形态

4.3 CFRP布应变随梁位置变化曲线

4.4 CFRP布加固混凝土梁黏结滑移试验曲线

4.5界面黏结滑移曲线分析

4.6界面黏结滑移模型

4.7 CFRP布-混凝土黏结滑移本构关系

4.8本章小结

5复合加固钢筋混凝土梁的限元分析

5.1前言

5.2 ANSYS 模型的建立

5.3材料属性

5.4单元网格划分

5.5二次受力的实现与求解

5.6有限元结果分析

5.7误差分析

5.8本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2问题与展望

参考文献

在学研究成果

致谢