CFRP筋后张无粘结预应力混凝土梁受弯性能试验研究

论文摘要

钢筋混凝土结构如果设计得当,施工质量可靠,在正常环境条件下具有良好的耐久性,但当上述条件不满足时常会因为钢筋的锈蚀而影响结构的使用性和耐久性。为了解决钢筋的锈蚀问题,国内外学者通过几十年的研究找到了几种较为有效的措施,其中采用新型碳纤维塑料筋(CFRP)在目前是较为可靠的一种。碳纤维塑料筋是采用特殊工艺制造的新型复合材料,它具有强度高,密度小,耐腐蚀等优点,能够取代普通混凝土结构和预应力混凝土结构中的普通钢筋和预应力钢筋。本文对采用碳纤维塑料筋作为无粘结预应力筋的后张混凝土梁试件在三分点竖向荷载作用下的抗弯性能进行了研究,介绍了试验中所采用的预应力锚具的研制,通过试验分析了张拉过程中的预应力损失以及碳纤维塑料筋后张无粘结预应力混凝土梁的受力过程、荷载—挠度关系等问题,并对试件梁的抗弯强度进行计算,给出了关于该试验的一些结论。另外,在试验分析的基础上,我们运用有限元分析软ANSYS对碳纤维塑料筋普通混凝土梁在三分点竖向荷载作用下的受力状况进行了模拟,得出了详细的计算结果。本文通过试验所得出的结论主要针对所研究的碳纤维塑料筋产品,但是相关的研究方法和部分结论、建议同样可以为类似研究所参考、借鉴,在今后对碳纤维塑料筋的进一步研究中具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 纤维增强塑料简介
• 1.2 研究背景和意义
• 1.3 国内外的研究情况
• 1.3.1 国外的研究情况
• 1.3.2 国内的研究概况
• 1.4 本文的主要内容
• 第二章 碳纤维增强塑料筋（CFRP）的材料组成、性能及特点
• 2.1 纤维增强塑料筋（FRP）的制作工艺
• 2.2 纤维增强塑料（FRP）的类型与性能
• 2.2.1 FRP的分类
• 2.2.2 CFRP的物理力学性能
• 2.3 CFRP筋的特点
• 2.4 CFRP筋的工程应用
• 2.4.1 CFRP筋的工程应用实例
• 2.4.2 CFRP筋的工程应用范围
• 第三章 碳纤维塑料筋后张无粘结预应力混凝土梁的实验研究
• 3.1 无粘结预应力混凝土技术
• 3.1.1 国内外无粘结预应力混凝土结构的发展状况
• 3.1.2 无粘结预应力混凝土技术的基本形式和特点
• 3.1.3 碳纤维塑料筋在无粘结预应力混凝土结构中的应用
• 3.2 碳纤维塑料筋后张无粘结预应力混凝土梁试件的设计与制作
• 3.2.1 梁试件的设计
• 3.2.2 梁试件的制作
• 3.3 预应力碳纤维塑料筋锚具的研制
• 3.3.1 夹片式锚具的设计
• 3.3.2 灌浆式螺丝端杆锚具的设计
• 3.3.3 锚具试验
• 3.4 预应力碳纤维塑料筋的张拉
• 3.4.1 预应力混凝土的分类及相应特点
• 3.4.2 张拉控制力的设计
• 3.4.3 预应力张拉
• 3.5 预应力碳纤维塑料筋的弹性模量和预应力损失
• 3.5.1 预应力碳纤维塑料筋的弹性模量
• 3.5.2 预应力碳纤维塑料筋的预应力损失
• 3.6 预应力碳纤维筋混凝土梁的加载试验
• 3.6.1 加载方案
• 3.6.2 量测内容及测点布置
• 3.6.3 试验结果分析
• 3.7 梁试件抗弯强度的计算
• 3.7.1 无粘结预应力筋的极限应力
• 3.7.2 预应力梁试件抗弯强度计算
• 3.8 本章小结
• 第四章 预应力CFRP筋混凝土梁受力性能的非线性有限元全过程分析
• 4.1 混凝土结构非线性有限元基本理论
• 4.1.1 钢筋混凝土有限元模型
• 4.1.2 裂缝的数学模型
• 4.1.3 问题的处理
• 1.施加预应力的方法
• 2.SOLID65号单元处理
• 3.LINK8号单元处理
• 4.预应力CFRP筋和混凝土之间粘结的实现
• 5.极限承载力的计算
• 4.2 预应力CFRP筋混凝土梁非线性有限元全过程分析
• 4.2.1 有限元模型
• 4.2.2 计算值与实验值对比
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况