基于规范对比的GFRP加固高强混凝土偏压柱实验研究及模拟分析

发布时间：2017-10-26 18:11

  本文关键词：基于规范对比的GFRP加固高强混凝土偏压柱实验研究及模拟分析

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【摘要】：大量房屋、桥梁结构等在设计基准期内,遭受地震、火灾等自然灾害造成损伤,长时间使用造成老化。建筑结构使用功能改变,施工质量不合格导致混凝土达不到设计强度,这些问题都将导致结构物处于不安全以及影响正常使用的状态。拆除重建会造成资源的浪费和环境的污染,因此结构物的维修、补强加固是土木工程学科重要的研究课题。与传统材料相比,纤维复合材料[1]具有高强、高弹、重量轻、耐腐蚀、耐高温、耐疲劳、绝热性能好以及便于施工、施工质量有保证的优点,越来越多的应用到工程结构加固中。目前国内外学者对碳纤维复合材料(CFRP)约束普通强度混凝土柱的轴压性能已进行了大量的研究。然而现代的工程结构向超高层、大跨度方向发展,对混凝土强度的要求越来越高。实际工程中,混凝土柱大多处于偏心受力状态,轴压构件很少出现,GFRP相比CFRP具有价格低、断裂应变大的优势,因此研究GFRP加固高强混凝土柱偏压性能更具有工程应用价值。对10根GFRP加固高强混凝土柱试件进行偏压力学性能试验研究以及有限元分析,深入研究不同加固方式下试件的极限承载力、破坏形态、延性等,重点分析了不同国家不同规范对于偏压柱的加固方式和计算方法的差异,具体研究工作如下：(1)对10根高强混凝土柱在偏心压力作用的破坏过程和破坏形态进行研究,其中2根为对比柱,8根为GFRP加固柱,试验的变化参量为偏心距、GFRP的层数和粘贴方式,比较了纵向抗弯加固、横向约束加固、混合加固三种加固方式对于不同偏心距试件极限承载力、延性、荷载位移曲线、混凝土极限压应变、纵横向FRP应变的影响。分析结果表明,横向粘贴FRP显著提高小偏心试件的承载力和延性,对大偏心试件承载力的提高不明显。纵向粘贴FRP可以明显提高大偏心试件的承载力,但会增加试件破坏的脆性。混合加固大偏心试件效果最好,混合加固小偏心试件优势不明显。(2)用ANSYS有限元软件对试验的10根试件进行全过程非线性有限元数值模拟,得到了试件加固前后的极限承载力、裂缝分布图、极限承载力时混凝土和纤维布的应力应变云图、荷载位移曲线等。模拟结果与实验数据符合较好。(3)分析对比《纤维复合材料建设工程应用技术规范》、 《混凝土加固规范》、美国ACI440委员会、英国混凝土协会推荐的FRP指导针对FRP加固混凝土的相关章节,重点比较了FRP约束混凝土本构关系、偏压柱的加固方式和承载力计算方法的差异,并应用不同规范进行了计算。
【关键词】：高强混凝土 玻璃纤维布 偏心受压 有限元 规范对比
【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】：TU37
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-24
• 1.1 前言9-10
• 1.2 FRP纤维材料10-13
• 1.2.1 FRP纤维材料的力学性质10-11
• 1.2.2 FRP应用于加固工程的优势11-12
• 1.2.3 FRP材料的应用12-13
• 1.3 FRP加固混凝土的国内外研究现状13-23
• 1.3.1 FRP约束混凝土应力应变关系研究13-17
• 1.3.2 FRP约束混凝土柱轴压力学性能研究17-18
• 1.3.3 FRP约束混凝土柱偏压力学性能研究18-21
• 1.3.4 FRP约束混凝土柱抗震性能研究21-22
• 1.3.5 FRP约束混凝土柱数值模拟22-23
• 1.4 本文主要研究内容23-24
• 2 GFRP加固高强混凝土柱偏心受压力学性能试验研究24-40
• 2.1 前言24
• 2.2 实验介绍24-26
• 2.3 破坏过程与特征描述26-29
• 2.4 试验主要结果29
• 2.5 承载力和延性分析29-32
• 2.5.1 大偏心试件的承载力和延性分析29-31
• 2.5.2 小偏心试件的承载力和延性分析31-32
• 2.6 横向纤维布的应变发展32-34
• 2.7 纵向纤维布的应变发展34-35
• 2.8 荷载-应变曲线35-38
• 2.9 本章小结38-40
• 3 GFRP加固混凝土柱偏压受力的有限元分析40-57
• 3.1 引言40
• 3.2 ANSYS在钢筋混凝土非线性分析中应用40-42
• 3.2.1 分析模型40
• 3.2.2 保证收敛性的策略40-41
• 3.2.3 单元的选取与模型的建立41-42
• 3.3 ANSYS有限元计算结果分析42-56
• 3.3.1 ANSYS承载力计算结果与实验结果的比较42-44
• 3.3.2 偏心受压柱加固后裂缝的发展变化44-48
• 3.3.3 偏心加固受压柱荷载-挠度曲线48-50
• 3.3.4 偏压柱中钢筋受力分析50-53
• 3.3.5 纤维布的应力状态53-54
• 3.3.6 纤维布的应变分布54-56
• 3.4 本章小结56-57
• 4 各国加固规范介绍与对比计算57-73
• 4.1 前言57-58
• 4.2 FRP约束混凝土应力应变关系58-62
• 4.2.1 圆形截面的FRP约束混凝土应力应变关系58-59
• 4.2.2 矩形截面FRP约束混凝土抗压强度的修正59-61
• 4.2.3 强约束下的最小加固量61-62
• 4.3 规范中轴压承载力计算方法62-63
• 4.4 规范中偏压承载力的计算方法63-67
• 4.4.1 中国纤维规范63-64
• 4.4.2 ACI加固规范64-65
• 4.4.3 中国混凝土结构加固规范65-66
• 4.4.4 英国加固规范66-67
• 4.5 偏压试件加固设计计算67-71
• 4.5.1 小偏心试件加固设计67-70
• 4.5.2 大偏心试件加固设计70-71
• 4.6 本章小结71-73
• 5 结论与展望73-76
• 参考文献76-80
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况80-81
• 致谢81-82

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本文编号：1099838