碳纤维片材加固钢筋混凝土梁抗弯性能与剥离破坏研究

论文摘要

过去二十几年的试验研究、理论分析及工程实践表明：纤维片(板)材替代钢板加固钢筋混凝土结构的受弯构件是一种十分有效的方法，并且在试验研究和工程应用方面都取得了很多研究成果。但作为一门新兴的结构加固技术，无论在基础研究还是工程应用等方面还有许多亟待解决的问题。例如，不同预载下加固构件与完好状态下加固构件的抗弯性能是否存在差异；加固后构件的变形计算；FRP片材产生剥离破坏的机理及剥离承载力的计算以及梁柱节点处梁的抗弯加固等。本文通过相应试验对上述问题开展了以下研究工作：1．模拟实际构件的加固及受力过程，对在不同荷载作用下外贴CFRP加固梁进行了抗弯性能试验研究。试件包括16根外贴CFRP加固梁和2根对比梁。试验参数为：纵筋配筋率、CFRP加固量、黏贴纤维布时的预载水平。根据试验结果，对影响加固构件抗弯性能的因素进行了详细地分析；分析了构件加固时所受预载水平对其加固后抗弯性能的影响规律及其机理：在现有纤维片(板)材加固钢筋混凝土梁变形计算方法的基础上，提出了修正的截面惯性矩计算公式，通过与试验结果对比，检验了修正公式的合理性。2．为了考察节点处梁的负弯矩区段CFRP片材加固后的抗弯性能及节点处CFRP片材的锚固方式，进行了9根CFRP片材加固梁和1根对比梁的试验。试验参数包括：锚固方式、CFRP加固量和加固时预载的水平。根据试验结果详细地分析了加固后梁的抗弯承载力和变形性能；通过对不同的锚固方式的对比分析，提出了合理的节点锚固方法。3．针对FRP片材加固钢筋混凝土梁出现剥离破坏这一模式，对ACI440和CECS146规定的承载力计算方法和现有的剥离承载力计算模型进行了对比研究。计算结果与试验结果(发生剥离破坏的碳纤维片材加固钢筋混凝土梁)进行了对比分析，归纳总结了现有计算方法存在的问题，为进一步研究如何合理确定纤维片材加固受弯构件的剥离承载力提供了方向。4．为了研究FRP片材的剥离破坏机理，在9根加固梁试验中设计了CFRP片材的应变测试方案，记录了试验全过程中CFRP片材的应变分布。通过对CFRP片材应变分布规律及试件破坏过程的分析，研究了由弯剪裂缝引起的CFRP片材剥离破坏的机理；建立了由弯剪裂缝引起剥离破坏时的剥离承载力计算模型；通过文献收集了发生此类剥离破坏的63根加固梁的试验数据，通过与这些试验数据的对比，检验了所提出计算模型的合理性。5．为了解决梁柱节点处梁的抗弯加固受结构使用功能和空间等因素的制约，进行了6根在梁侧黏贴碳纤维片材加固梁和1根对比梁的抗弯性能试验。试验参数为CFRP加固量、CFRP的布置方式及节点处CFRP片材的锚固方式。采用试验结果，分析了加固后梁的抗弯性能及节点处CFRP片材的锚固方式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 纤维增强材料加固结构的优点
• 1.2 课题研究的背景和意义
• 1.3 纤维材料在土木工程中的发展及应用
• 1.4 纤维片材加固预载与预裂钢筋混凝土梁的试验研究
• 1.5 纤维片（板）材加固钢筋混凝土梁剥离破坏研究现状
• 1.6 本文主要研究内容
• 第2章 预载下钢筋混凝土梁抗弯加固试验
• 2.1 概述
• 2.2 试验方案
• 2.3 试验结果
• 2.4 预载对特征荷载的影响
• 2.5 预载对刚度的影响
• 2.6 预载对抗弯性能影响的机理
• 2.7 预裂梁与完好梁加固的试验研究
• 2.8 小结
• 第3章 梁柱节点处梁的抗弯加固试验
• 3.1 概述
• 3.2 试验方案
• 3.3 试验结果
• 3.4 特征荷载分析
• 3.5 刚度变化分析
• 3.6 锚固方式分析
• 3.7 预载对抗弯性能的影响
• 3.8 预载对抗弯性能影响的机理
• 3.9 小结
• 第4章 梁柱节点处梁侧黏贴CFRP抗弯加固试验
• 4.1 概述
• 4.2 试验计划
• 4.3 试验结果
• 4.4 特征荷载分析
• 4.5 刚度分析
• 4.6 锚固方式分析
• 4.7 小结
• 第5章 FRP加固钢筋混凝土梁既有承载力计算方法及评价
• 5.1 概述
• 5.2 非线性条带法
• 5.3 规范建议的承载力计算模型
• 5.4 中间剥离破坏承载力计算模型
• 5.5 验证分析
• 5.6 小结
• 第6章 中间裂缝引起的FRP片材剥离承载力研究
• 6.1 概述
• 6.2 剥离过程及剥离机理
• 6.3 极限状态的定义
• 6.4 剥离承载力计算模型
• 6.5 临界塑性铰长度的确定
• 6.6 临界截面抗弯承载力
• 6.7 模型验证分析
• 6.8 FRP粘结延伸长度
• 6.9 小结
• 第7章 纤维片材加固RC梁截面刚度及变形分析
• 7.1 概述
• 7.2 截面刚度分析
• 7.3 验证分析
• 7.4 小结
• 第8章 结论与展望
• 8.1 本文的主要结论
• 8.2 工作展望
• 参考文献
• 创新点摘要
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢