钢筋混凝土开孔平板外贴CFRP加固性能研究

论文摘要

碳纤维加固补强技术是一种新兴的加固方法,采用特殊的结构胶将碳纤维材料粘贴在结构构件的表面,提高结构物的承载能力和刚度,从而起到加固补强的作用。目前对碳纤维加固的研究成果主要集中在钢筋混凝土梁的加固,其理论分析结果与试验结果的误差已能满足工程需要,获得了工程界地认可,但碳纤维加固钢筋混凝土板的研究相对要少一些。另一方面,随着智能建筑的出现,辅助设施的增加,往往需要在混凝土梁、板中开孔,因此对开孔板的加固研究就具有重要的理论意义和现实意义。因此在本文中对碳纤维加固钢筋混凝土开孔平板进行了试验研究与理论分析。 首先,对碳纤维加固钢筋混凝土开孔平板进行了试验研究。设计了四块采用碳纤维加固的钢筋混凝土开孔平板和一块没有加固的对比板,通过试验研究了加载过程中裂缝的出现和发展、板挠度的变化,碳纤维和钢筋的应变发展、开裂荷载、极限荷载及最终的破坏形态。从加固试验结果可以看出,使用碳纤维布加固钢筋混凝土开孔平板可以有效地提高构件的承载力、刚度,对构件的延性也有一定的贡献。 其次,对加固板的承载力的计算方法进行了探讨。根据试验板的破坏模式,提出了两种塑性铰线模式,计算了在两种情况下板的承载力,发现和试验值吻合较好,其计算结果偏于安全,可用于实际加固时极限承载力的设计使用。同时,文中也尝试运用板带法对开孔平板的承载力进行了计算,并和试验值进行了比较分析。 再次,采用ADINA非线性有限元软件对试验板进行了有限元模拟。考虑了混凝土开裂之后刚度的退化,将板的挠度,钢筋和碳纤维的应变和试验结果进行了比较,总结了板内截断钢筋和孔口加强筋长度上的变化规律,从而探讨外贴碳纤维对钢筋应力的影响:总结了外贴碳纤维在短向和长向上的变化规律,分析碳纤维最易断裂位置,和试验现象进行了比较;并将板内钢筋和碳纤维的应力变化进行了比较,验证了板在加载过程中的三个阶段。 最后,针对碳纤维发生剥离破坏的现象较多,本文运用有限元软件对混凝土、胶之间的界面应力以及碳纤维、胶之间的界面应力进行了分析,探讨了发生粘结破坏的原因与发生,并总结了界面应力的影响因素。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 碳纤维加固技术的应用与研究现状
• 1.2.1 碳纤维加固技术的发展
• 1.2.2 碳纤维加固技术的应用
• 1.2.3 碳纤维加固技术的研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 碳纤维加固 RC开孔平板的试验研究
• 2.1 试验方案
• 2.1.1 试验试件的设计
• 2.1.2 试验加载方案
• 2.2 试验结果与分析
• 2.2.1 开裂荷载与极限荷载
• 2.2.2 裂缝的扩展及最终形态
• 2.2.3 变形刚度
• 2.2.4 破坏模式及钢筋、CFRP的应变
• 2.3 本章小结
• 第三章 碳纤维加固 RC开孔平板的承载力分析
• 3.1 基于塑性铰线法的分析与计算
• 3.1.1 概念
• 3.1.2 塑性铰线法的基本思路
• 3.1.3 应用到碳纤维加固开孔平板中的注意事项
• 3.1.4 中心开孔加固平板的承载力计算
• 3.1.5 开偏孔加固平板的承载力计算
• 3.2 基于板条带法的分析与计算
• 3.2.1 基本原理
• 3.2.2 板条带法在碳纤维加固开孔平板中的应用原则
• 3.2.3 运用板条带法计算加固平板的承载力
• 3.3 计算结果与试验结果的比较分析
• 3.4 碳纤维加强开孔平板的设计步骤
• 3.5 本章小结
• 第四章 碳纤维加固RC开孔平板的有限元模拟
• 4.1 有限元模型的建立
• 4.1.1 单元模型
• 4.1.2 材料模型
• 4.1.3 网格的划分
• 4.1.4 约束及荷载的施加
• 4.2 有限元计算结果
• 4.2.1 挠度分析
• 4.2.2 钢筋的荷载-应变曲线
• 4.2.3 碳纤维的荷载-应变曲线
• 4.2.4 不同荷载下钢筋、碳纤维应力变化有限元分析
• 4.2.5 板中钢筋、碳纤维的极值点的荷载一应力曲线
• 4.2.6 加载过程中混凝土板底裂缝的开展
• 4.3 本章小结
• 第五章 碳纤维加固RC开孔平板的界面应力分析
• 5.1 界面粘结性能研究现状
• 5.1.1 粘结破坏的模型
• 5.1.2 外贴材料加固梁的界面应力
• 5.1.3 外贴材料加固板的界面应力
• 5.1.4 理论计算与实际情况的比较
• 5.2 碳纤维加固开孔平板界面性能研究
• 5.2.1 有限元计算模型
• 5.2.2 粘结层上的界面应力
• 5.2.3 胶层宽度方向上的界面应力
• 5.2.4 胶层长度方向上的界面应力
• 5.2.5 粘结破坏的发生
• 5.3 粘结力的影响因素
• 5.4 有关设计的几点建议
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与探讨
• 6.1 结论
• 6.2 探讨
• 参考文献
• 读硕士期间发表的论文
• 致谢