玻璃纤维（GFRP）筋混凝土构件裂缝及变形计算研究

论文摘要

玻璃纤维筋（简称GFRP筋）是以连续玻璃纤维组成的复合材料。传统的钢筋混凝土结构由于钢筋易腐蚀的原因,其应用受到许多限制,而采用强度高、耐腐蚀性能好的GFRP筋替代普通钢筋是一条有效的防腐途径。然而,由于GFRP筋的弹性模量低、具有线弹性的应力-应变关系、横向抗剪强度低以及其混凝土间的粘结性能有较大的区别等原因,使GFRP筋混凝土构件的计算和设计方法不能适用于GFRP筋混凝土结构。通过试验和国内外理论分析,研究GFRP筋混凝土构件的裂缝计算及变形等。本论文以“GFRP筋在围护桩盾构端头井结构中应用研究”的室内试验部分为依托,通过模型试验、理论分析、有限元计算分析等方法对GFRP筋混凝土结构裂缝和变形形态进行了研究,得出了裂缝和挠度的计算公式,最后通过试验和有限元计算的数据对计算公式进行验证。本文的主要研究内容和成果如下:1.通过对钢筋和GFRP筋混凝土梁的试验研究,重点分析GFRP筋混凝土裂缝的宽度和挠度,及观测梁破坏时的裂缝形态和变形形态,分析了GFRP筋混凝土裂缝宽度及挠度与承载力的变化规律等。2.从钢筋混凝土梁裂缝问题研究入手,结合试验结果找出适合GFRP筋混凝土梁裂缝宽度的计算方法,并进行计算公式的推导,最后得出合理有效的裂缝宽度计算方法以及计算公式,并通过试验数据验证其可靠性。3.对GFRP筋混凝土梁进行变形形态分析,研究GFRP筋梁的破坏形态。从钢筋混凝土梁挠度问题研究入手,结合GFRP筋混凝土梁试验数据得出合理有效的计算方法以及计算公式,并通过试验数据验证其可靠性,再通过有限元计算进行论证。4.应用有限元计算软件ADINA,对GFRP筋混凝土梁进行非线性有限元分析,把有限元计算结果与试验结果、理论公式计算结果进行对比分析,验证理论公式和设计参数的可靠性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 纤维增强塑料筋（FRP）简介
• 1.1.1 纤维增强塑料筋的迫切需求
• 1.1.2 GFRP筋的力学基本性能
• 1.1.3 目前FRP筋的主要应用范围
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 研究背景及工程意义
• 1.4 本文的研究工作
• 第2章 GFRP筋混凝土构件裂缝及变形试验研究
• 2.1 试验概况
• 2.2 试验过程及测试内容
• 2.2.1 加载方案
• 2.2.2 量测内容
• 2.3 试验结果分析
• 2.3.1 裂缝类型与破坏形态
• 2.3.2 梁体挠度
• 2.4 本章小结
• 第3章 GFRP筋混凝土构件裂缝研究分析
• 3.1 钢筋混凝土梁裂缝计算基础理论分析
• 3.1.1 概述
• 3.1.2 钢筋混凝土梁裂缝研究模型
• 3.1.3 钢筋混凝土梁裂缝发展过程
• 3.1.4 钢筋混凝土梁裂缝宽度影响因素
• 3.1.5 钢筋混凝土梁裂缝计算
• 3.2 GFRP筋混凝土梁的裂缝宽度影响因素
• 3.2.1 GFRP筋材料特性的影响
• 3.2.2 GFRP与混凝土界面的粘结滑移关系
• 3.2.3 直径和保护层影响
• 3.2.4 筋材配筋率影响
• 3.3 GFRP筋混凝土梁裂缝计算方法分析
• 3.3.1 GFRP裂缝机理分析
• 3.3.2 GFRP裂缝计算方法
• 3.3.3 裂缝公式验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 GFRP筋混凝土构件挠度计算研究分析
• 4.1 GFRP筋受弯构件变形计算理论研究
• 4.2 钢筋混凝土挠度问题基本理论
• 4.3 GFRP挠度计算公式研究
• 4.3.1 Faza和GangaRao有效惯性矩计算公式
• 4.3.2 ACI440有效惯性矩计算公式
• 4.3.3 目前我国对有效惯性矩计算的研究
• 4.3.4 ACI440.IR-01惯性矩修订公式
• 4.3.5 GFRP挠度计算公式
• 4.4 本章小结
• 第5章 GFRP筋混凝土构件非线性有限元分析
• 5.1 前言
• 5.2 混凝土结构非线性有限元基本原理
• 5.2.1 有限元计算模型
• 5.2.2 混凝土裂缝的处理方式
• 5.2.3 混凝土破坏准则
• 5.2.4 材料特性
• 5.2.5 非线性求解方法
• 5.2.6 影响程序收敛因素
• 5.3 试验结果与有限元分析结果及计算方法结果比较
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 本文尚需解决的不足之处
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间主要研究成果