混凝土抗裂与FRP约束混凝土柱的抗压性能

摘要

混凝土是土木工程中常见的一种建筑材料，但是存在着抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能弱的缺点，在一定程度上制约了它的应用。为了克服普通混凝土的这些弱点，人们通过把普通混凝土与其它材料结合的方式来改善它的不足，如钢纤维混凝土、FRP约束混凝土是近年来迅速发展起来的新型复合材料。
　　本文对这两种材料的基本性能进行了试验研究，主要研究内容如下：
　　(1)通过对四组紧凑拉伸试件进行劈拉实验，并对其中的一个试件进行电测跟踪试验，分析了混凝土裂纹端部区域的黏聚裂纹位移与载荷的关系；试件的黏聚裂纹端点及中性层的位置随载荷变化关系。
　　(2)对各组试件的应力强度因子进行了计算，推导裂纹的端部损伤区域长度与最大载荷的关系曲线，并将计算的最大承载力与试验值进行比较，二者较为接近，并探讨了应力强度因子随韧带边缘位置变化的规律。
　　(3)利用ANSYS有限元分析软件对紧凑拉伸试件的试验过程进行了数值计算，分析得到了紧凑拉伸试件的应力强度因子，并将与它与试验计算得到的数值进行比较，二者吻合较好。
　　(4)对CFRP约束钢纤维混凝土圆柱及普通混凝土圆柱进行了轴心受压实验，比较了试件加固前后的承载力、强度及韧性，研究了泊松比变化的规律；通过电测分析绘制了各个位置处的位移载荷曲线；并通过ANSYS对试验的过程进行了数值计算，分析得到了加载过程中的应力应变曲线。

目录

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第一章 绪论

1.1断裂力学的发展历程

1.2混凝土断裂力学的产生和发展

1.3钢纤维混凝土的研究状况

1.4 FRP加固钢纤维混凝土的研究现状

1.4.1结构加固的工程背景及传统加固方法:

1.4.2 FRP加固方法及特点

1.5本文的研究内容及意义

第二章 钢纤维混凝土紧凑拉伸试件断裂性能的研究

2.1试验概述

2.1.1实验加载原理及加载形式

2.1.2紧凑拉伸试件的尺寸参数及试件的受力模型

2.1.3试验的破坏现象及位移载荷曲线关系

2.2应力强度因子的计算及分析

2.3承载力的计算方法以及承载力理论值与实验最大值的比较

2.4本章小结

第三章 循环加载下电测跟踪测试钢纤维混凝土的断裂过程及分析

3.1电测实验过程

3.1.1试验仪器

3.1.2试验步骤

3.1.3应变片的粘贴方案

3.2紧凑拉伸试件在循环载荷下黏聚裂纹位移变化规律

3.2.1黏聚裂纹位移与载荷的关系曲线

3.2.2不同载荷下黏聚裂纹张开位移的分布

3.3中性层位置及黏聚裂纹端点的位置随载荷变化关系分析

3.3.1中性层位置与载荷变化关系曲线

3.3.2黏聚裂纹端点位置随载荷的变化曲线

3.4本章结束语

第四章 混凝土紧凑拉伸试件的有限元分析

4.1有限元法概述

4.2 ANSYS有限元计算程序

4.2.1 ANSYS分析步骤

4.2.2 ANSYS中混凝土单元模型及材料模型

4.2.3 ANSYS在断裂力学的应用

4.3紧凑拉伸试件的有限元分析

4.3.1紧凑拉伸试件的有限元模型

4.3.2有限元模型的等效载荷

4.3.3方程的求解及有限元分析结果

4.4应力强度因子的计算

4.4.1使用SOLID65单元求解应力强度因子

4.4.2 PLANE183单元直接求解应力强度因子

4.5本章小结

第五章 FRP加固混凝土受压圆柱的实验及有限元分析

5.1实验概况

5.2加载装置及实验步骤

5.3实验现象

5.3.1钢纤维混凝土柱和普通混凝土柱的破坏特征

5.3.2 CFRP加固的钢纤维混凝土和普通混凝土的破坏特征

5.4钢纤维混凝土和普通混凝土柱的实验结果比较

5.5 CFRP约束钢纤维混凝土柱和素混凝土柱的实验结果比较

5.6 CFRP加固柱子强度、韧性及承载力分析

5.6.1泊松比分析

5.6.2承载力分析

5.6.3变形性能分析

5.6.4强度模型与试验结果的比较

5.7 CFPR约束混凝土柱子轴心受压过程的有限元分析

5.7.1材料的本构模型

5.7.2碳纤维约束混凝土柱的有限元模型

5.7.3有限元结果与实验结果的比较及破坏机理分析

5.8本章总结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间参与的科研项目和发表的论文