FRP增强高强混凝土T形梁延性机理与试验研究

论文摘要

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer/Plastic,简称FRP)以其轻质高强,良好的耐久性及耐疲劳性能广泛的应用于钢筋混凝土结构加固修复领域。随着新建结构日益向大跨度、超高层体系发展,高强混凝土以其高强、低收缩徐变及高耐久性等优点在结构工程中也得到了普遍的应用。然而,在冲击荷载、偶然超载及地震力的作用下,高强混凝土结构不可避免的暴露出脆性大,延性差的缺陷。能否采用FRP这种优质材料改善高强钢筋混凝土结构延性差的问题成为了国内外研究人员广泛关注的课题。因此,为了迎合目前结构工程界研究需要,本文结合国家自然科学基金项目《利用FRP增强高强钢筋混凝土结构的延性机理与试验研究》对FRP增强高强钢筋混凝土T形梁延性机理展开探索性试验研究及理论分析,主要进行了以下几个方面的研究工作：(1)对底贴CFRP片材加固高强钢筋混凝土T形梁受弯延性展开试验研究及理论分析。通过对9根高强钢筋混凝土T形梁的进行抗弯试验的基础上,对底贴碳纤维布加固后的梁的延性变化规律进行研究,选取的研究的参数为T形梁的截面形式、碳纤维布加固量、锚固形式等。试验结果表明,在梁端部及跨中和加载点等混凝土裂缝发育充分的地方布置U形锚固能够发挥出底贴碳纤维布的抗拉性能,提高仅进行底贴碳纤维布加固T梁的延性。根据试验结果,在已有对FRP加固T梁一、二次刚度的研究基础上,建立起底贴FRP加固量与位移延性系数定量关系的计算方法,数据吻合良好。(2)从截面曲率延性系数的定义出发,针对底贴FRP片材抗弯加固钢筋混凝土梁的两种较为常见的极限破坏形态(FRP拉断破坏、混凝土压碎),基于平截面假定及无粘结滑移等基本假定,推导了T形截面梁在达到屈服阶段和极限状态的截面曲率计算公式,进而提出底贴FRP片材加固钢筋混凝土T形梁的曲率延性系数的简化计算方法,计算值与试验结果吻合良好。(3)基于Deifalla试验中对T梁翼缘的加固方法及Anil的试验中所采用的附加锚固措施,对12根组合FRP约束受压区高强混凝土T梁的受弯延性展开试验研究及理论分析,考虑的因素主要为碳纤维布的布置宽度、碳纤维布的加固厚度及T梁的截面类型等参数。基于Mattock试验采用的塑性铰转角计算方法及Baker提出的塑性铰转角模型,提出一个针对FRP约束受压区混凝土T梁塑性铰转角计算公式；并对现浇框架结构中梁板整浇体系的延性加固方法的构造措施提供一定的设计建议。(4)通过对10组约束高强混凝土棱柱体试件的轴压试验,分别研究了包裹纤维布、植入钢螺栓并压板和两者组合加固技术对改善高强混凝土棱柱体承载力及延性的作用,通过应变能积累理论对试件的延性进行分析,给组合FRP约束受压区高强混凝土T梁的延性提高机理提供一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 钢筋混凝土结构加固技术
• 1.2.1 钢筋混凝土结构承载力加固技术
• 1.2.2 钢筋混凝土结构抗震加固技术
• 1.3 纤维增强复合材料加固技术
• 1.3.1 FRP加固技术的突出优点
• 1.3.2 FRP抗弯加固方法概述
• 1.4 高强混凝土发展及应用现状
• 1.4.1 高强混凝土的发展及应用
• 1.4.2 高强混凝土的性能
• 1.5 FRP加固混凝土梁及FRP约束混凝土研究概况
• 1.5.1 FRP加固钢筋混凝土矩形梁研究现状
• 1.5.2 FRP加固钢筋混凝土T形梁研究现状
• 1.5.3 FRP增强钢筋混凝土梁延性机理-FRP约束混凝土研究进展
• 1.6 现阶段FRP增强钢筋混凝土结构研究的问题与挑战
• 1.7 本文主要研究内容
• 2 底贴碳纤维布加固高强钢筋混凝土T梁受弯延性试验研究与分析
• 2.1 引言
• 2.2 试验概况
• 2.2.1 试件设计
• 2.2.2 试件加固方案及处理
• 2.2.3 试验材料性能
• 2.2.4 测点布置
• 2.2.5 试验装置及加载制度
• 2.3 试验结果
• 2.3.1 平截面假定的判断
• 2.3.2 T梁测量结果汇总
• 2.3.3 裂缝开展及分布情况
• 2.3.4 试验梁破坏形态
• 2.4 试验结果分析
• 2.4.1 试验梁荷载挠度曲线汇总与变形性能分析
• 2.4.2 T形梁延性性能计算结果汇总
• 2.4.3 碳纤维布应变分布及CFRP-混凝土界面剪应力对梁延性的影响
• 2.5 T梁延性指标与加固量的定量关系
• 2.6 本章小结
• 3 底贴碳纤维布加固钢筋混凝土T形梁曲率延性系数计算方法
• 3.1 引言
• 3.2 FRP加固梁的破坏形态
• 3.3 计算基本假定
• 3.4 屈服曲率、极限曲率以及截面曲率延性系数的计算
• v的计算'>3.4.1 服阶段的截面曲率Φ_v的计算
• u的计算'>3.4.2 极限状态的截面曲率Φ_u的计算
• Φ的计算'>3.4.3 截面曲率延性系数μ_Φ的计算
• 3.5 分析结果与试验结果对比
• 3.6 结论与建议
• 4 组合FRP约束受压区高强混凝土T形梁受弯延性试验研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验概况
• 4.2.1 试件详细参数
• 4.2.2 试件制作
• 4.2.3 测点布置及加载制度
• 4.3 试验结果
• 4.3.1 T梁量测结果汇总
• 4.3.2 裂缝开展情况
• 4.3.3 破坏形态
• 4.3.4 塑性铰产生情况
• 4.4 结果分析
• 4.4.1 荷载位移曲线分析延性
• 4.4.2 弯矩横向应变曲线分析约束效果
• 4.4.3 有效约束系数
• 4.4.4 延性指标汇总
• 4.4.5 塑性铰转动能力
• 4.5 设计建议
• 4.6 本章小结
• 5 FRP增强高强钢筋混凝土T梁延性机理——组合FRP约束高强混凝土棱柱体力学性能试验研究
• 5.1 引言
• 5.2 试验概况
• 5.2.1 试件设计及处理
• 5.2.2 试件加固方案
• 5.2.3 测点布置
• 5.2.4 试验装置及加载制度
• 5.3 试验现象及结果
• 5.3.1 破坏形态
• 5.3.2 应力应变关系曲线
• 5.4 试验结果分析
• 5.4.1 割线泊松比
• 5.4.2 试验计算结果
• 5.4.3 承载力分析
• 5.4.4 延性分析
• 5.5 组合FRP约束受压区高强混凝土T形梁延性提高机理
• 5.6 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢