CFRP板加固钢梁的受力性能研究

论文摘要

本文采用理论分析和试验研究相结合的方法对CFRP (Carbon Fiber Reinforced pllymer laminate,简称CFRP)板加固钢梁的受力性能进行了探索性研究。共完成了7根CFRP板加固钢梁的受力性能试验研究工作,对采用粘贴不同长度的CFRP板加固损伤情况不同的钢梁与完好钢梁进行对比,分析加固后试件的破坏模式、强度(屈服荷载、达到正常使用极限状态的荷载、极限荷载)、刚度和延性的提高程度和规律,并对加固后试件截面是否仍然符合平截面假定进行验证以及碳纤维板的利用效率进行了计算分析。此外,在对CFRP加固钢梁可能出现的各种破坏模式和受力状态进行理论分析的基础上,推导出了其在弹性阶段和弹塑性阶段强度验算公式,并将理论计算结果与试验结果进行对比。研究表明：(1)CFRP板加固损伤钢梁可以使其承载能力、抗弯刚度、延性得到很好恢复,采取这种加固方式的可行性得到了有效的验证。通常碳纤维板粘贴的长度越长,其承载能力提高越大,加固效果越好；损伤槽口深度对钢梁的强度、刚度、延性影响均较大,通常槽口深度越深,其强度、刚度、延性被削弱的程度越大,而槽口宽度对此影响均较小。(2)采用CFRP板加固后的损伤钢梁,在弹性阶段严格符合平截面假定,在塑性阶段亦基本符合平截面假定。(3)分析碳纤维板与钢梁下翼缘的应变差△ε得知：在计算分析时,试件达到屈服荷载时及达到之后,若不考虑钢梁与碳纤维板之间的相对滑移以及胶层厚度,近似认为碳纤维板应变与钢梁受拉下翼缘边缘应变相等将会带来一定的误差。计算中,应采取必要的措施加以消除。(4)计算分析发现：在钢梁屈服时,碳纤维板利用率仅为20%左右。(5)所推导出的承载力的计算公式的计算结果与试验结果吻合良好,表明了计算公式具有较高的精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 加固结构的工程背景
• 1.2 CFRP加固修复钢结构的关键——材料性能及特点
• 1.3 FRP加固修复金属结构的特点
• 1.4 粘贴FRP加固和修复金属结构技术的不足之处
• 1.5 国内外研究现状、水平及发展趋势
• 1.5.1 无损伤钢梁加固
• 1.5.2 加固钢—混凝土板组合梁
• 1.5.3 加固损伤、缺陷钢梁
• 1.5.4 粘结剂及受力分析
• 1.5.5 FRP加固钢结构有限元模拟仿真分析
• 1.5.6 预应力加固
• 1.6 本文研究的主要内容
• 第二章 CFRP板加固受弯钢梁试验研究
• 2.1 试验目的
• 2.2 试验方案
• 2.2.1 试件设计
• 2.2.2 试验主要材料及性能指标
• 2.2.3 试验测量的内容
• 2.3 加载制度和试验装置
• 2.3.1 加载制度
• 2.3.2 试验装置
• 2.4 钢梁极限状态的确定
• 2.5 试验现象及结果
• 2.5.1 试验现象
• 2.5.2 试验结果
• 2.5.2.1 试验钢梁主要承载情况及破坏模式
• 2.5.2.2 荷载—跨中挠度曲线
• 2.6 本章小结
• 第三章 CFRP板加固受弯钢梁试验结果分析
• 3.1 荷载—跨中挠度曲线分析
• 3.2 钢梁受拉翼缘边缘与碳纤维板的应变关系分析
• 3.2.1 钢梁受拉翼缘边缘与碳纤维板的应变变化的基本规律
• 3.2.2 CFRP板粘贴长度不同对钢梁受拉翼缘边缘与碳纤维板的应变变化的影响
• 3.2.3 损伤槽口宽度不同对钢梁受拉翼缘边缘与碳纤维板的应变变化的影响
• 3.2.4 损伤槽口深度不同对钢梁受拉翼缘边缘与碳纤维板的应变变化的影响
• 3.3 平截面假定验证
• 3.4 承载能力
• 3.5 试件抗弯刚度
• 3.6 延性分析
• 3.7 碳纤维板的利用效率分析
• 3.8 本章小结
• 第四章 CFRP板加固钢梁抗弯性能的理论分析
• 4.1 CFRP片材加固钢梁的主要破坏形态
• 4.2 CFRP板加固钢梁承载力计算
• 4.2.1 基本假定
• 4.2.2 加固钢梁在弹性工作阶段正截面受弯承载力分析
• 4.2.2.1 正截面受弯承载力分析和计算公式推导
• 4.2.2.2 理论计算值与试验结果比较
• 4.2.3 加固钢梁在弹塑性工作阶段正截面受弯承载力分析
• 4.2.3.1 分析过程
• 4.2.3.2 理论计算值与试验结果比较
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文主要研究工作
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况