混凝土抗裂与FRP约束混凝土柱的抗压性能

论文摘要

混凝土是土木工程中常见的一种建筑材料,但是存在着抗拉、抗弯、抗冲击及抗疲劳性能弱的缺点,在一定程度上制约了它的应用。为了克服普通混凝土的这些弱点,人们通过把普通混凝土与其它材料结合的方式来改善它的不足,如钢纤维混凝土、FRP约束混凝土是近年来迅速发展起来的新型复合材料。本文对这两种材料的基本性能进行了试验研究,主要研究内容如下：(1)通过对四组紧凑拉伸试件进行劈拉实验,并对其中的一个试件进行电测跟踪试验,分析了混凝土裂纹端部区域的黏聚裂纹位移与载荷的关系；试件的黏聚裂纹端点及中性层的位置随载荷变化关系。(2)对各组试件的应力强度因子进行了计算,推导裂纹的端部损伤区域长度与最大载荷的关系曲线,并将计算的最大承载力与试验值进行比较,二者较为接近,并探讨了应力强度因子随韧带边缘位置变化的规律。(3)利用ANSYS有限元分析软件对紧凑拉伸试件的试验过程进行了数值计算,分析得到了紧凑拉伸试件的应力强度因子,并将与它与试验计算得到的数值进行比较,二者吻合较好。(4)对CFRP约束钢纤维混凝土圆柱及普通混凝土圆柱进行了轴心受压实验,比较了试件加固前后的承载力、强度及韧性,研究了泊松比变化的规律；通过电测分析绘制了各个位置处的位移载荷曲线；并通过ANSYS对试验的过程进行了数值计算,分析得到了加载过程中的应力应变曲线。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 断裂力学的发展历程
• 1.2 混凝土断裂力学的产生和发展
• 1.3 钢纤维混凝土的研究状况
• 1.4 FRP加固钢纤维混凝土的研究现状
• 1.4.1 结构加固的工程背景及传统加固方法
• 1.4.2 FRP加固方法及特点
• 1.5 本文的研究内容及意义
• 第二章 钢纤维混凝土紧凑拉伸试件断裂性能的研究
• 2.1 试验概述
• 2.1.1 实验加载原理及加载形式
• 2.1.2 紧凑拉伸试件的尺寸参数及试件的受力模型
• 2.1.3 试验的破坏现象及位移载荷曲线关系
• 2.2 应力强度因子的计算及分析
• 2.3 承载力的计算方法以及承载力理论值与实验最大值的比较
• 2.4 本章小结
• 第三章 循环加载电测跟踪测试钢纤维混凝土的断裂过程及分析
• 3.1 电测实验过程
• 3.1.1 实验仪器
• 3.1.2 实验步骤
• 3.1.3 应变片的粘贴方案
• 3.2 紧凑拉伸试件在循环载荷下黏聚裂纹位移变化规律
• 3.2.1 黏聚裂纹位移与载荷的关系曲线
• 3.2.2 不同载荷下黏聚裂纹张开位移的分布
• 3.3 中性层位置及黏聚裂纹端点的位置随载荷变化关系分析
• 3.3.1 中性层位置与载荷变化关系曲线
• 3.3.2 黏聚裂纹端点位置随载荷的变化曲线
• 3.4 本章结束语
• 第四章 混凝土紧凑拉伸试件的有限元分析
• 4.1 有限元法概述
• 4.2 ANSYS有限元计算程序
• 4.2.1 ANSYS分析步骤
• 4.2.2 ANSYS中混凝土单元模型及材料模型
• 4.2.3 ANSYS在断裂力学的应用
• 4.3 紧凑拉伸试件的有限元分析
• 4.3.1 紧凑拉伸试件的有限元模型
• 4.3.2 有限元模型的等效载荷
• 4.3.3 方程的求解及有限元分析结果
• 4.4 应力强度因子的计算
• 4.4.1 使用SOLID65单元求解应力强度因子
• 4.4.2 PLANE183单元直接求解应力强度因子
• 4.5 本章小结
• 第五章 FRP加固混凝土受压圆柱的实验及有限元分析
• 5.1 实验概况
• 5.2 加载装置及实验步骤
• 5.3 实验现象
• 5.3.1 钢纤维混凝土柱和普通混凝土柱的破坏特征
• 5.3.2 CFRP加固的钢纤维混凝土和普通混凝土的破坏特征
• 5.4 钢纤维混凝土和普通混凝土柱的实验结果比较
• 5.5 CFRP约束钢纤维混凝土柱和素混凝土柱的实验结果比较
• 5.6 CFRP加固柱子强度、韧性及承载力分析
• 5.6.1 泊松比分析
• 5.6.2 承载力分析
• 5.6.3 变形性能分析
• 5.6.4 强度模型与试验结果的比较
• 5.7 CFPR约束混凝土柱子轴心受压过程的有限元分析
• 5.7.1 材料的本构模型
• 5.7.2 碳纤维约束混凝土柱的有限元模型
• 5.7.3 有限元结果与实验结果的比较及破坏机理分析
• 5.8 本章总结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目和发表的论文