不同配筋率下CFRP加固再生混凝土梁抗弯性能研究

摘要

目前我国混凝土的用量不断增长，在崇尚保护环境和科学发展的今天，过量开采天然骨料用于制备混凝土，将对环境造成不可弥补的破坏，因此对再生混凝土的研究应用有着重要意义。由于再生混凝土的来源和制备工艺比较特殊，因此使其具有孔隙率、吸水率等较大，而强度、弹性模量等较低，抗渗性、抗冻性、收缩、徐变等较差的特点，制约了再生混凝土的发展。本文将6根不同再生骨料取代率、不同受力主筋直径的混凝土梁分成两组，每组试验梁受力主筋直径相同，并包含1根普通混凝土梁、1根再生混凝土梁、1根CFRP布加固后的再生混凝土梁，研究其抗弯性能。并进一步采用软件进行数值模拟分析。其中主要研究工作和成果如下：
　　1、对CFRP布材料性能和加固方法进行研究，讨论了混凝土、钢筋、CFRP布本构方程，并进行CFRP布加固再生混凝土正截面破坏试验，考察CFRP布对再生混凝土梁的承载力、挠度、裂缝开展等内容的影响程度。经过碳纤维布加固后的试验梁，其抗弯承载力得到提高，并且延缓裂缝的出现。裂缝发展速度较缓慢，在极限荷载的25％~85%左右剪弯段斜裂缝发展迅速。
　　2、CFRP布可以有效抑制混凝土梁表面的裂缝出现与开展，加固后的再生混凝土梁开裂后挠度以较慢的速度增长。随着主筋直径的增大，CFRP布与钢筋共同承担梁底部拉应力的效果更好，CFRP布的利用率有所提高，梁体刚度损失减小。梁开裂后，弯矩产生的拉应力大部分由CFRP布来抵抗，受主筋直径的影响较小。
　　3、利用有限元分析理论，针对试验数据建立有限元数值分析模型，讨论模拟再生混凝土梁所用的有限元单元类型和破坏准则，得到与试验结果较吻合的数值模型。对数值模拟结果与试验结果比对，验证数值分析结果的准确性，分别研究钢筋、碳纤维布应力应变云图，得到CFRP布加固再生混凝土梁各材料的整体受力状态。
　　（1）在极限荷载的60%左右，钢筋的应变达到极限应变，此时钢筋屈服，此后拉应力将全部由CFRP布承担。
　　（2）碳纤维布加固后的试验梁，受拉钢筋的应变滞后于碳纤维布应变，随着配筋率的增加，滞后程度减弱。碳纤维布在较大配筋率下更能发挥其抗拉性能，减小梁体刚度损失。
　　（3）混凝土开裂时刻的第一主应力最大值发生在加载点对齐位置附近，混凝土梁破坏时刻的第一主应力最大值发生在梁剪弯段中间位置。因此混凝土开裂过程表现为跨中裂痕首先发展，当加载到极限荷载的1/4时，弯剪段裂痕迅速发展，最终因CFRP布断裂而发生弯曲破坏。
　　4、对有限元模型的纵向受力钢筋的参数进行更改，得出不同配筋率的极限承载力。根据 CFRP加固混凝土结构受弯承载力计算公式对CFRP加固再生混凝土受压区高度按公式。

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1 绪论

1.1 研究背景

1.2 常用的结构加固技术研究

1.3 再生混凝土梁抗弯性能研究现状

1.4 CFRP布加固再生混凝土梁抗弯性能研究现状

1.5 本文主要研究内容

2 试验方案设计

2.1 引言

2.2 试验材料及特性

2.3 构件制作

2.4 混凝土试块基本力学性能

2.5 试验加载装置及加载制度

2.6 试验测试内容

3 试验现象描述及数据分析

3.1 试验现象描述

3.2 试验数据分析

3.3 本章小结

4 数值分析

4.1 材料的本构关系

4.2 有限元模型的建立

4.3 不同配筋率数值结果分析

4.4 裂缝开展描述

4.5 混凝土应力应变分布

4.6 本章小结

5数值分析结果与试验结果的对比分析

5.1 荷载-跨中挠度对比

5.2 跨中碳纤维布荷载-应变对比

5.3 荷载-跨中钢筋应力对比

5.4 CFRP布加固再生混凝土受弯承载力设计

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文主要结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表论文及科研成果

致谢