碳纤维（CFRP）板加固混凝土梁受弯性能试验与理论研究

论文摘要

纤维增强材料(FRP)在土木工程中的应用是目前国际土木工程领域研究开发的一个热点,碳纤维材料(CFRP)加固修复混凝土结构技术是其中研究、开发和应用最广泛的技术。本文研究采用在混凝土构件侧面粘贴碳纤维板这种新形式加固受弯构件的受力性能。试验研究共设计了7根适筋梁,通过简单静力加载试验,重点研究了该种加固梁的破坏特征、极限荷载、变形、开裂和碳纤维板粘贴形式对加固效果的影响。试验结果表明,该种加固梁承载力和抗弯刚度均有显著提高,尤其是当碳纤维板接近梁底部时,效果更佳,但延性有所降低;碳纤维板可以有效的改善梁底裂缝的分布形态。碳纤维板加固钢筋混凝土结构是由钢筋、混凝土和碳纤维板三种性质差别很大的材料组合而成,而且混凝土常常是带裂缝承担荷载的。混凝土材料和钢筋材料本身复杂的非线性特性及其两者之间复杂的粘结特性,给碳纤维板加固钢筋混凝土结构设计分析带来了很大的困难,国内外学者为此做了不少工作。本文就是在前人研究的基础上,利用ANSYS有限元软件对普通钢筋混凝土梁和CFRP板加固钢筋混凝土梁受弯极限承载力进行非线性有限元分析,着重从模型建立、网格划分、参数选取、单元形式、收敛准则、求解方法等方面展开研究。通过选取合理的各种材料的本构模型,系统地介绍了普通钢筋混凝土梁和CFRP加固钢筋混凝土梁受力性能的有限元分析方法。有限元分析结果和实验结果吻合良好。本文的分析方法对从事混凝土结构加固补强施工和设计的工程科研人员具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 CFRP 板用于结构加固的意义
• 1.2 CFRP 板用于结构加固的研究现状
• 1.2.1 国外
• 1.2.2 国内
• 1.3 CFRP 板在结构加固中的应用
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.4.1 碳纤维板加固钢筋混凝土梁受弯性能的试验研究
• 1.4.2 碳纤维板加固钢筋混凝土梁受弯极限承载力有限元分析
• 2 碳纤维（CFRP）板加固混凝土梁受弯性能试验研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验概述
• 2.2.1 试件设计
• 2.2.2 施工方法
• 2.2.3 施工质量要求及注意事项
• 2.3 材料性能
• 2.3.1 混凝土和钢筋性能
• 2.3.2 加固材料性能
• 2.4 试验装置及试验量测
• 2.4.1 试验装置
• 2.4.2 试验量测内容及量测方法
• 2.4.3 试验的测点布置
• 2.4.4 应变片测点的命名规则说明
• 2.5 试验现象及结果分析
• 2.5.1 破坏形式
• 2.5.2 平截面假定的验证
• 2.5.3 对极限承载力的影响
• 2.5.4 对构件刚度的影响
• 2.5.5 加固前后裂缝形态的比较
• 2.5.6 碳纤维板与钢筋的应变
• 2.6 影响因素分析
• 2.6.1 梁本身性能的影响
• 2.6.2 CFRP 板用量的影响
• 2.6.3 加固形式的影响
• 2.7 设计建议
• 2.8 本章小结
• 3 混凝土破坏准则及其本构关系
• 3.1 引言
• 3.2 混凝土破坏准则
• 3.2.1 混凝土的破坏形态
• 3.2.2 混凝土古典强度理论简介
• 3.2.3 混凝土破坏准则
• 3.3 混凝土的本构关系
• 3.3.1 混凝土本构模型简介
• 3.3.2 混凝土非线性弹性本构模型
• 4 钢筋混凝土非线性有限元基本原理及其解法
• 4.1 引言
• 4.2 钢筋混凝土非线性有限元基本原理
• 4.2.1 结构离散化模型
• 4.2.2 混凝土开裂裂缝模型
• 4.3 非线性方程组的求解
• 4.3.1 直接求解法
• 4.3.2 增量法
• 4.3.3 Newton-Raphson 法
• 4.3.4 弧长控制法
• 4.3.5 控制位移法
• 4.4 收敛准则
• 5 CFRP 板加固钢筋混凝土梁受弯极限承载力有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2 有限元分析
• 5.2.1 有限元分析软件简介
• 5.2.2 有限元分析过程
• 5.3 有限元分析结果
• 5.3.1 实际破坏荷载与计算破坏荷载
• 5.3.2 有限元计算挠度和测量挠度对比
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录