碳纤维（CFRP）布加固混凝土矩形柱的性能研究

论文摘要

本文从实验研究与理论分析出发,对采用碳纤维增强复合材料(CFRP布)加固混凝土矩形柱这一工程实际问题进行了系统研究,针对CFRP布直接加固混凝土矩形柱其截面内将存在较大的非有效约束区问题,提出了新的组合FRP加固技术,并进行了相应的实验验证。由于目前针对CFRP布约束混凝土矩形柱的研究较少,为了掌握CFRP布约束下矩形柱的应力应变反应,及其受力破坏特性,本文设计了18个CFRP布约束混凝土矩形柱,并进行了轴压实验(截面形状从完全矩形截面逐步变化至圆形截面),研究了混凝土截面形状及CFRP布层数变化对加固混凝土矩形柱应力应变关系的影响,并研究了加固实验中CFRP布的有效应变问题。本次实验为进行CFRP布加固混凝土矩形柱的理论分析获取了大量实验数据。在轴压荷载作用下,由于截面形状限制,CFRP布对混凝土矩形柱的侧向约束不如圆形柱有效。针对该问题,本文首先建立力学分析模型,并结合数值计算结果,研究了截面约束应力分布随截面倒角半径的变化关系,分析了矩形柱截面直边部分膨胀变形对FRP材料应变的影响,提出了新的有效约束面积模型和截面形状系数模型;考虑CFRP布的有效应变问题,建立了CFRP布加固混凝土矩形柱的有效侧向约束压力计算公式。总结并分析现有研究成果,本文建立了CFRP布约束素混凝土柱截面抗压强度和峰值应变的计算模型;为了模拟实验研究中整个应力应变的反应过程,本文建立了CFRP布充足约束混凝土矩形柱的新应力应变模型,通过与实验数据的对比,验证了新模型的有效性。应用CFRP布加固钢筋混凝土(RC)柱,对其承载能力的影响,也是工程实践中需要解决的问题。工程实际中的RC柱中含有箍筋和纵向钢筋,而且加固加固时又可能采用连续约束或不连续FRP材料加固形式。针对这一问题,本文建立了不连续约束对钢筋混凝土(RC)矩形柱产生的有效侧向约束压力计算公式,考虑不同约束材料作用下各自的有效约束面积,以及柱内原有箍筋和纵筋的作用,建立了CFRP布约束RC矩形柱的抗压强度计算模型,并进行了算例分析与验证。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钢筋混凝土柱的加固机理与方法
• 1.3 FRP 材料加固混凝土柱研究综述
• 1.4 FRP 材料加固混凝土柱存在的问题及拟采用的解决方法
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第二章 CFRP布约束素混凝土矩形柱的实验研究
• 2.1 引言
• 2.2 CFRP 布约束素混凝土矩形柱实验设计
• 2.3 CFRP 布约束素混凝土矩形柱实验结果与分析
• 2.4 CFRP 布的有效应变研究
• 2.5 本章小结
• 第三章CFRP 布约束素混凝土矩形柱的性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 FRP 材料约束矩形柱的截面应力分析
• 3.3 FRP 材料约束混凝土柱的有效约束面积模型
• 3.4 FRP 材料约束混凝土柱的有效侧向约束压力模型
• 3.5 CFRP 布约束素混凝土矩形柱的抗压强度与峰值应变研究
• 3.6 CFRP 布约束素混凝土矩形柱的应力应变模型
• 3.7 本章小结
• 第四章 CFRP布约束RC矩形柱的抗压强度研究
• 4.1 引言
• 4.2 不连续约束作用对RC 矩形柱的有效侧向约束压力
• 4.3 CFRP 布约束RC 矩形柱的抗压强度计算模型
• 4.4 算例分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 CFRP 布约束混凝土矩形柱的延性研究
• 5.1 引言
• 5.2 延性系数及其影响因素分析
• 5.3 CFRP 布约束素混凝土矩形柱的延性研究
• 5.4 CFRP 布约束RC 矩形柱的延性研究
• 5.5 本章小结
• 第六章CFRP布及组合FRP技术加固RC柱的延性实验研究
• 6.1 引言
• 6.2 组合技术加固原理
• 6.3 实验设计
• 6.4 材料实验
• 6.5 RC柱延性实验研究
• 6.6 实验结果分析与讨论
• 6.7 本章小结
• 第七章结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者攻读学位期间完成的论文及报告
• 致谢
• 发表意见书
• 博硕士论文同意发表的声明