腐蚀环境下FRP加固混凝土构件的力学性能研究

论文摘要

纤维增强复合材料（Fiber reinforeced polymer or plastics, namely FRP）作为一种新型的补强修复材料,以其高强、轻质和耐腐蚀等优越的材料性质,已经在土木工程加固中得到广泛的应用与认可。到目前为止,尽管国内外关于这方面的研究工作开展比较多并取得了一定成果,但是理论研究的深度远滞后于实际工程应用,同时,这种新型加固方法的耐久性问题也引起了国内外工程人员广泛地关注。本文结合国家自然科学基金重点项目“混凝土结构耐久性及其对策的基础研究”（50538060）,研究了在腐蚀环境下CFRP加固素混凝土构件的受力机理,探讨了腐蚀环境下两种加固构件的整体耐久性问题,具体研究内容和成果主要包括以下几个方面:1)通过试验研究了CFRP布包裹层数对加固素混凝土圆柱抗压承载力的影响,研究结果表明:随着FRP包裹层数的增加,混凝土圆柱承载能力和延性有较大提高,但加固层数超过2层以上时,其提高幅度不大;加固2层和加固3层延性增加幅度很小。2)研究了紫外线干湿循环和盐雾干湿循环腐蚀环境对CFRP布约束素混凝土圆柱整体耐久性的影响,试验结果表明:腐蚀作用3个月后,盐雾腐蚀环境对试件的破坏形态、承载力以及应力-应变都有较大影响。3)结合NSM加固方法,通过试验探讨了NSM粘结试件的力学性能,研究了紫外线干湿循环和盐雾干湿循环下试件的整体耐久性,试验结果表明,腐蚀作用3个月后,两种腐蚀环境对试件的破坏形态、承载力以及粘结-滑移关系都有一定程度的影响,较紫外线环境,盐雾环境影响更大些。4)最后利用ANSYS有限元软件对CFRP布约束素混凝土圆柱轴压破坏进行了的模拟分析,结合模拟结果进一步探讨了试件破坏过程中的受力机理,并与试验结果进行对比分析,表明所建立的模型很好地模拟了试验结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 FRP 加固技术的科研理论与工程应用领域概述
• 1.3.1 FRP 加固技术科研理论概述
• 1.3.2 FRP 加固技术工程应用领域概述
• 1.4 FRP 加固混凝土结构耐久性研究
• 1.4.1 FRP 加固混凝土结构耐久性的试验方法
• 1.4.2 FRP 各组成成分的耐久性研究
• 1.4.3 FRP 材料与混凝土粘结性能的耐久性研究
• 1.4.4 FRP 加固混凝土构件的整体耐久性研究
• 1.5 本文主要研究内容
• 第2章 包裹层数对CFRP 布加固素混凝土圆柱承载力的影响
• 2.1 引言
• 2.2 试验概况
• 2.2.1 试件设计
• 2.2.2 试验装置
• 2.3 试验现象和结果分析
• 2.3.1 破坏形态分析
• 2.3.2 承载力分析
• 2.3.3 应力-应变分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 CFRP 布加固素混凝土圆柱的耐久性研究
• 3.1 引言
• 3.2 试验概况
• 3.2.1 试件设计
• 3.2.2 试验装置
• 3.3 试验现象和结果分析
• 3.3.1 破坏形态分析
• 3.3.2 应力-应变分析
• 3.3.3 试验结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 NSM 方法加固混凝土构件的耐久性研究
• 4.1 引言
• 4.1.1 NSM 加固技术简介
• 4.1.2 本章试验内容及目的
• 4.2 试验概况
• 4.2.1 试件设计
• 4.2.2 混凝土材料基本信息
• 4.2.3 碳纤维材料基本信息
• 4.2.4 加载装置和方案
• 4.3 试验现象和结果
• 4.3.1 CFRP 筋加固试件自然环境下试验结果
• 4.3.2 CFRP 筋加固试件劣化环境下试验结果
• 4.4 试验结果分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 FRP 约束素混凝土圆柱有限元模拟分析
• 5.1 引言
• 5.2 材料模型
• 5.2.1 混凝土本构关系
• 5.2.2 碳纤维本构关系
• 5.3 FRP 约束混凝土的有限元模型
• 5.3.1 单元模型的选取及参数输入
• 5.3.2 试验试件模型的建立
• 5.3.3 单元划分和边界条件
• 5.4 ANSYS 软件模拟结果
• 5.4.1 模拟未加固素混凝土圆柱
• 5.4.2 模拟加固素混凝土圆柱
• 5.5 FRP 约束混凝土受力机理分析
• 5.5.1 柱横截面上的应力和应变分析
• 5.5.2 纤维布的应力和应变分析
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢