胶层厚度对CFRP布加固钢筋混凝土梁性能影响的试验研究

摘要

近代桥梁发展历程中，钢筋混凝土材料一直占据着主导地位。桥梁服役期间，由于自然、人为和桥梁自身等因素的影响，结构出现不同程度的损伤，影响美观和结构的使用功能。随着经济发展，对损伤桥梁推倒重建，所需成本巨大，既不经济也不现实，合理的途径是针对具体损伤桥梁选择安全可靠的加固维修方法。　　纤维增强复合材料(FRP)加固法具有材料强度高、加固性能优异和适应面广等优点，逐渐在加固工程领域获得推广应用。FRP加固性能的实现与界面性能关系密切，界面性能与粘结胶性能有着紧密联系，但目前针对胶层影响加固性能的研究存在一些不足，仍需进一步加强。本文结合国家自然科学基金项目“纤维增强复合材料加固梁桥的时变受力行为研究”(51778532)，通过试验对胶层厚度影响CFRP布加固损伤钢筋混凝土梁性能进行研究。具体内容如下：　　(1)设计了一组5个试件的加固梁试验，共设置1mm、2mm和3mm三种不同胶层厚度，通过试验梁的对比分析研究了胶层厚度对损伤加固梁的性能影响以及影响机理；　　(2)基于现有界面粘结-滑移本构模型对CFRP-混凝土界面进行模拟，采用ABAQUS对加固梁的加载历程进行了非线性有限元分析，并将分析结果与试验结果进行了对比；　　(3)针对弯曲裂缝附近的剥离破坏形式，建立了裂缝间的界面粘结剪应力理论公式，并将计算结果与试验结果进行了对比。　　研究表明，CFRP布加固能显著提高钢筋混凝土梁的屈服荷载和极限荷载，裂缝发展得到有效抑制；胶层厚度为1mm、2mm和3mm时，胶层厚度的增加，损伤加固梁的初始剥离位置未发生改变，但剥离的发生和发展得到延缓，承载力和延性性能提高；胶层厚度为1mm和2mm时，加固梁的破坏模式为加载点区域的弯曲裂缝附近剥离破坏，胶层厚度为3mm时，破坏模式转为跨中CFRP布拉断；有限元分析结果表明，胶层厚度的增加，初始剥离荷载提高，CFRP应变分布和剥离发展趋势与试验结果具有相同规律；理论推导的裂缝间界面剪应力公式计算曲线与试验分布形态相同，界面损伤前的峰值应力计算结果与试验结果吻合良好。

目录

声明

第一章绪论

1.1 前言

1.2 FRP加固技术概述

1.3 FRP加固混凝土抗弯梁研究进展

1.4 胶层影响加固性能研究进展

1.5 本文研究内容

第二章 CFRP 布加固钢筋混凝土梁试验设计

2.1 引言

2.2 试件设计

2.2.1 加固梁设计

2.2.2 加固方案设计

2.2.3 材料性能

2.3 试验方案

2.3.1 测量内容

2.3.2 加载装置和方案

2.4 工艺步骤

1. 预载

2. 梁底表面处理

3. 基底找平

4. 粘贴 CFRP 布

5. 粘贴应变片

2.5 胶层厚度控制方法

2.6 小结

第三章 CFRP 布加固钢筋混凝土梁试验研究

3.1 引言

3.2 试验现象和结果

3.2.1 试验现象

3.2.2 试验结果

3.3 结果分析

3.3.1 荷载-位移曲线

3.3.2 平截面假定

3.3.3 CFRP应变

3.4 胶层厚度影响机理分析

3.4.1 弯曲裂缝剥离机理

3.4.2 胶层厚度影响机理

3.5 工程建议

3.6 小结

第四章 CFRP 布加固钢筋混凝土梁有限元分析

4.1 引言

4.2 有限元模型设置

4.2.1 混凝土

4.2.2 钢筋

4.2.3 CFRP布

4.2.4 环氧树脂胶

4.2.5 有限元模型

4.3 计算结果及与试验结果对比分析

4.3.1 承载力

4.3.2 荷载-位移曲线

4.3.3 CFRP布应变

4.3.4 界面剪应力

4.4 小结

第五章抗弯加固梁剥离破坏界面剪应力公式

5.1 引言

5.2 抗弯加固梁破坏概述

5.3 跨内弯曲裂缝间界面剪应力公式

5.4 计算与试验结果对比分析

5.5 小结

第六章结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和参加的科研项目