碳纤维布加固受损钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

论文摘要

现役钢筋混凝土结构存在承载力和耐久性不足的问题，如何通过有效的加固修复措施来提高结构的承载能力并延长其使用寿命，在世界范围内得到越来越广泛的关注。近年来，碳纤维增强复合材料（CFRP）以其优良的物理力学性能，被大量应用到钢筋混凝土结构的加固修复中，不少学者开展了相关的研究。目前关于CFRP加固钢筋混凝土梁的研究大多是对完好试验梁进行加固研究，对已损伤试验梁的研究较少，关于氯盐等腐蚀环境下钢筋混凝土梁的研究则更少。考虑到在役混凝土结构普遍存在的损伤劣化状态，对CFRP加固损伤钢筋混凝土梁的工作性能开展深入的研究具有重要的理论与工程意义。本文采用试验的方法结合ANSYS有限元模拟，对CFRP加固损伤钢筋混凝土梁的抗弯性能进行了深入的研究。主要内容如下：1、在现有研究的基础上，对CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯性能进行了理论分析，推导出考虑二次受力及腐蚀损伤情况下加固梁的抗弯承载能力理论计算方法；2、对经不同程度机械损伤后的钢筋混凝土梁进行了CFRP加固处理，并开展了加固处理后梁体的抗弯性能试验，并将理论计算结果与试验结果进行了比较。结果表明，损伤钢筋混凝土梁经CFRP加固后，抗弯承载能力得到了有效的提高，提高的幅度与结构所承受的机械损伤程度有关，加固后钢筋混凝土梁基本达到或超过了未加固梁的抗弯承载力。同时，其抗弯刚度也在一定程度上得到了提高。3、运用有限元分析软件ANSYS对CFRP加固机械损伤钢筋混凝土梁的抗弯性能进行了非线性有限元分析。有限元分析结果与试验结果相比，有较好的吻合性，表明基于本文的简化假设所建立的有限元模型是合理的，对于损伤钢筋混凝土梁的加固设计有一定的适用性。4、对氯盐环境下CFRP加固损伤钢筋混凝土梁的抗弯性能开展了初步的试验研究。结果表明，无论是对经受机械损伤—氯离子侵蚀的钢筋混凝土梁进行CFRP加固处理，还是CFRP加固的损伤钢筋混凝土梁经受不同时间的氯离子侵蚀之后，加固对梁体的抗弯承载力的提高都是相对有效的，但机械损伤和环境腐蚀对加固效果有一定的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 钢筋混凝土结构加固技术
• 1.3 碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能研究现状
• 1.3.1 碳纤维布加固未损伤钢筋混凝土梁
• 1.3.2 碳纤维布加固二次受力钢筋混凝土梁
• 1.3.3 碳纤维布加固氯盐环境下钢筋混凝土梁
• 1.4 当前存在的问题及本文的研究内容
• 1.4.1 存在的问题
• 1.4.2 本文的主要研究内容
• 第二章 碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯承载力计算理论
• 2.1 加固梁的破坏形态
• 2.2 纤维布加固未损伤及开裂损伤钢筋混凝土梁的计算理论
• 2.2.1 基本假定
• 2.2.2 计算公式
• 2.3 碳纤维布加固氯盐环境下钢筋混凝土梁抗弯承载力计算理论
• 2.3.1 破坏模式及假定
• 2.3.2 计算方法
• 第三章 碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究方案
• 3.1 试件的制备
• 3.1.1 原材料及配合比
• 3.1.2 试件设计
• 3.2 加固方案
• 3.2.1 加固材料及加固方式
• 3.2.2 碳纤维布加固施工工艺
• 3.3 钢筋混凝土梁加固设计
• 3.3.1 不同机械损伤试验梁
• 3.3.2 机械损伤-氯盐腐蚀-加固试验梁
• 3.3.3 机械损伤-加固-氯盐腐蚀试验梁
• 3.4 加载方案与数据采集
• 3.4.1 加载方案
• 3.4.2 测点布置及数据采集
• 第四章 碳纤维布加固机械损伤钢筋混凝土梁抗弯性能
• 4.1 加载破坏现象
• 4.2 裂缝开展情况
• 4.3 应变测试结果及分析
• 4.3.1 钢筋应变
• 4.3.2 碳纤维布应变
• 4.3.3 碳纤维布应变与钢筋应变比较
• 4.3.4 混凝土应变
• 4.4 挠度测试结果及分析
• 4.5 抗弯承载力
• 4.6 本章小结
• 第五章 碳纤维布加固机械损伤钢筋混凝土梁受弯全过程数值模拟
• 5.1 有限单元法基本原理及分析步骤
• 5.2 ANSYS 有限元模型的建立
• 5.2.1 单元类型的选取及单元间联结
• 5.2.2 材料特性
• 5.2.3 破坏准则及非线性求解参数设置
• 5.2.4 网格划分
• 5.2.5 初始受力的实现
• 5.3 ANSYS 计算结果及对比分析
• 5.3.1 应变结果分析
• 5.3.2 破坏时裂缝开展情况
• 5.3.3 挠度分析
• 5.3.4 承载力分析比较
• 5.5 本章小结
• 第六章 氯盐环境下碳纤维布加固钢筋混凝土梁抗弯性能
• 6.1 机械损伤-氯盐腐蚀钢筋混凝土梁碳纤维布加固效果研究
• 6.1.1 加载破坏现象及试验结果
• 6.1.2 裂缝开展情况
• 6.1.3 应变测试结果分析
• 6.1.4 挠度测试结果及分析
• 6.1.5 抗弯承载力
• 6.2 氯盐腐蚀对碳纤维布加固机械损伤钢筋混凝土梁抗弯性能的影响
• 6.2.1 加载破坏现象及试验结果
• 6.2.2 裂缝开展情况
• 6.2.3 应变测试结果分析
• 6.2.4 挠度测试结果及分析
• 6.2.5 抗弯承载力
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文及参与的科研项目
• 致谢