CFRP增强膨胀混凝土组合梁在偏心自应力下的力学性能研究

发布时间：2017-10-16 11:19

  本文关键词：CFRP增强膨胀混凝土组合梁在偏心自应力下的力学性能研究

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【摘要】：在约束条件下的混凝土由于收缩会引起开裂,导致内部钢筋遭受锈蚀,严重影响到建筑物的适用性和耐久性。预应力混凝土结构在抗裂方面有着天然的优势,然而复杂的张拉工艺和严格的锚具制作制约了其在实际工程中的应用和发展。膨胀混凝土的广泛应用为这一难题提供了有效的解决途径。用碳纤维增强塑料CFRP替代钢筋不仅能起到防腐蚀的作用,而且作为浇筑模板,同时可以给膨胀混凝土提供更好的约束条件。鉴于以上因素提出了CFRP外包膨胀混凝土组合梁技术。这种组合结构在延迟开裂和消除腐蚀方面有着更好的表现。本文针对组合梁在偏心自应力下的力学性能分短期和长期分别开展试验研究和理论分析,具体研究内容如下：(1)组合梁短期力学性能进行了混凝土和CFRP的材料试验。通过改变CFRP层数设计不同的CFRP增强方式。对7根膨胀混凝土CFRP组合梁(SHCC)和7根普通混凝土CFRP组合梁(PCC)进行了静态应变监测试验(一个月)和四点弯曲试验。试验主要考虑了混凝土的种类、CFRP片材的层数和布置形式。主要研究了混凝土的膨胀和CFRP偏心布置共同作用下产生的偏心自应力在提高结构抗弯性能上的作用。试验结果表明,在延迟开裂和控制裂缝宽度方面,SHCC试件比PCC试件体现出了明显的优势。在抗弯承载力方面,SHCC试件同样优于PCC试件。相比于对称布置,偏心布置CFRP片材使得组合梁结构的抗弯特性有进一步提高。(2)组合梁长期力学性能试验总共设计了14根组合梁试件和4根对照组试件。对所有试件分别进行了材料试验,长期静态应变监测试验(五个月)和四点弯曲试验。主要研究了预应力的损失情况及偏心自应力引起的预拱度对组合梁起到的改进作用。通过四点弯曲试验对预应力组合梁力学性能进行测试。试验结果表明,在CFRP增强方式相同的情况下,SHCC试件比PCC试件表现出了更好的延迟开裂、控制裂缝宽度和承受荷载的能力。组合梁的承载力随CFRP配筋率的增加而增大,然而过大的配筋率会使组合梁的破坏形态由弯曲破坏向弯剪破坏转变。在配筋率相同的条件下,相比CFRP对称布置,偏心布置CFRP组合梁试件表现出的抗弯性能更加优越。(3)理论值计算与试验值对比对组合梁的开裂荷载、极限荷载和荷载位移P-A曲线进行了理论计算,根据典型的破坏模式提出了相对应的极限荷载计算公式,理论值与试验值吻合较好,为该系统进一步的研究和工程应用提供了数据参考。
【关键词】：延迟开裂 膨胀混凝土 CFRP 偏心自应力 破坏形态 理论计算
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU398.9
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-23
• 1.1 研究背景和意义10-12
• 1.2 膨胀混凝土的发展与应用12-15
• 1.3 FRP约束加固混凝土组合系统15-19
• 1.3.1 FRP约束混凝土柱15-16
• 1.3.2 FRP约束混凝土受弯构件体系16-17
• 1.3.3 FRP加固钢筋混凝土梁17-19
• 1.4 FRP增强膨胀混凝土组合结构19-20
• 1.5 本文的研究内容20-23
• 2 组合梁短期力学性能试验研究23-52
• 2.1 引言23
• 2.2 试验概况23-28
• 2.2.1 混凝土23-25
• 2.2.2 CFRP片材25-26
• 2.2.3 短期静态应变监测26-28
• 2.3 试验结果与分析28-51
• 2.3.1 混凝土膨胀率与强度曲线28-31
• 2.3.2 组合梁膨胀率随时间变化曲线31-32
• 2.3.3 开裂与极限荷载32-36
• 2.3.4 荷载-裂缝宽度曲线36-39
• 2.3.5 荷载-位移曲线39-44
• 2.3.6 荷载-应变曲线44-48
• 2.3.7 破坏模式与分析48-51
• 2.4 本章小结51-52
• 3 组合梁长期力学性能试验研究52-77
• 3.1 引言52
• 3.2 试验概况52-56
• 3.2.1 混凝土52-53
• 3.2.2 CFRP片材53
• 3.2.3 长期静态应变监测53-55
• 3.2.4 四点弯曲试验55-56
• 3.3 试验结果与分析56-76
• 3.3.1 混凝土膨胀率与强度曲线56-58
• 3.3.2 组合梁膨胀率随时间变化曲线58-63
• 3.3.3 预拱度测量与计算63-65
• 3.3.4 开裂与极限荷载65-68
• 3.3.5 荷载-裂缝宽度曲线68-70
• 3.3.6 荷载-位移曲线70-72
• 3.3.7 荷载-应变曲线72-73
• 3.3.8 破坏模式与分析73-76
• 3.4 本章小结76-77
• 4 组合梁受弯性能理论分析计算77-96
• 4.1 引言77
• 4.2 荷载计算77-90
• 4.2.1 基本假定77
• 4.2.2 开裂荷载计算77-81
• 4.2.3 极限荷载计算81-90
• 4.3 荷载位移P-△曲线计算90-95
• 4.3.1 FRP筋混凝土梁抗弯刚度计算模型90-91
• 4.3.2 P-△曲线计算91-95
• 4.4 本章小结95-96
• 5 结论与展望96-98
• 5.1 结论96-97
• 5.2 展望97-98
• 参考文献98-103
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况103-104
• 致谢104-105

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本文编号：1042385