CFRP布加固钢板夹心混凝土组合板抗剪性能试验研究

论文摘要

钢板夹心混凝土组合板是一种在双层钢板间充填混凝土,并通过焊在钢板上的栓钉将钢板与混凝土组合成整体而共同受力和变形协调的新型组合结构。钢板夹心混凝土组合板的优点是上、下钢板可以充当受力钢筋并作为永久性模板,同时还可以作为防渗结构、承受冲击荷载和爆炸荷载结构的抵抗膜。钢板与核心混凝土板之间良好的粘结作用是保证钢板与混凝土板协调工作的基础,它将直接影响到组合板的破坏形态、刚度、承载能力、裂缝及变形等。但是由于混凝土的抗剪承载力不足以及材料老化、地震、外来物撞击、和使用环境的腐蚀等因素影响,都可能使其抗剪能力不足而需要进行加固。碳纤维(Carbon Fiber Reinforced Polyme,简称CFRP)具有很多优点,在对结构进行加固补强的实际应用中具有明显的效果。由于受剪破坏的机理比较复杂,与正截面抗弯加固相比,斜截面抗剪性能的研究尚不成熟,对于CFRP布加固钢板夹心混凝土组合板抗剪性能的研究就更少。因此,开展CFRP布加固钢板夹心混凝土组合板的工作性能研究具有重要的意义。本文首先对国内外有关钢板夹心混凝土组合板和CFRP布加固试验构件抗剪性能所取得的研究成果进行综合分析,在此基础上确定了本文的研究内容：通过CFRP布加固钢板夹心混凝土组合板的试验,研究了组合板的工作机理与破坏形态、钢板与混凝土应变发展情况、裂缝发展情况及组合板承载能力,分析了钢板与CFRP布应变的变化规律、荷载—变形关系,并探讨了含钢率、剪跨比、混凝土板厚度对CFRP布加固钢板夹心混凝土组合板承载能力的影响。试验结果表明：组合板的承载力随CFRP布间距减小,含钢率、剪跨比、混凝土板厚度的增加而增大。从理论上建立了CFRP布加固钢板夹心混凝土组合板在弹性受力各阶段的截面应力分析模型。由于斜截面上CFRP布与混凝土界面的应变的分布不均匀,纤维材料强度并不能得到充分利用,混凝土开裂后发生CFRP布剥离破坏。因此考虑了斜截面纤维应变分布的规律和相关因素,给出了CFRP布加固钢板夹心混凝土组合板抗剪承载力的计算公式。本文利用有限元分析软件ABAQUS建立了CFRP布加固钢板夹心混凝土组合板的力学模型,对CFRP布加固钢板夹心混凝土组合板受力过程进行了的模拟分析,研究了其工作机理,计算结果与实验结果吻合良好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 绪论
• 1.2 FRP材料种类和性能
• 1.3 混凝土结构加固技术的发展和比较
• 1.3.1 传统的结构加固方法
• 1.3.2 CFRP加固技术的优势
• 1.4 应用与研究现状
• 1.4.1 钢板夹心混凝土组合板
• 1.4.2 FRP加固工程结构
• 1.5 加固构件受力性能研究
• 1.5.1 概述
• 1.5.2 相关规程中的设计公式
• 1.6 本文的主要内容
• 第2章 CFRP布加固钢板夹心混凝土组合板试验方案
• 2.1 试验方案和内容
• 2.1.1 试验方案
• 2.1.2 试验内容
• 2.2 试件的设计和制作
• 2.2.1 材料
• 2.2.2 试件制作
• 2.3 试件的加固
• 2.3.1 加固材料
• 2.3.2 加固方法
• 2.3.3 加固程序
• 2.4 试验仪器和测点布置
• 第3章 试验结果分析
• 3.1 预裂加载
• 3.2 加固后重新加载
• 3.2.1 构件的受力过程和试验现象
• 3.2.2 荷载和变形关系
• 3.2.3 应变分析
• 3.3 参数的影响
• 3.4 小结
• 第4章 CFRP布加固钢板夹心混凝土组合板的理论分析
• 4.1 CFRP片材加固形式及破坏模式
• 4.1.1 片材加固形式
• 4.1.2 CFRP布抗剪破坏模式
• 4.2 CFRP布加固钢板混凝土组合板的抗剪机理
• 4.3 CFRP布加固理论分析
• 4.3.1 应变分布系数巧
• 4.3.2 Df的影响因素
• 4.4 抗剪承载力计算公式
• 4.4.1 理论模型
• f一般意义表达式'>4.4.2 V_f一般意义表达式
• 4.4.3 CFRP布加固钢板夹心混凝土组合板理论公式
• 4.4.4 抗剪承载力设计方法
• 4.5 小结
• 第5章 CFRP布加固钢板夹心混凝土组合板的数值计算
• 5.1 材料本构关系模型
• 5.1.1 混凝土应力-应变关系
• 5.1.2 CFRP布应力-应变关系
• 5.1.3 钢材应力-应变关系
• 5.2 CFRP布加固钢板夹心混凝土组合板
• 5.2.1 简化和基本假定
• 5.2.2 单元的选取与网格的划分
• 5.2.3 几何特征与网格划分
• 5.2.4 荷载与边界条件
• 5.3 计算结果分析
• 5.3.1 加固构件CSS-1
• 5.3.2 加固构件CSS-9
• 5.4 小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历