复合纤维片材加固再生混凝土简支梁抗弯性能研究

发布时间：2017-03-22 19:03

  本文关键词：复合纤维片材加固再生混凝土简支梁抗弯性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：用一定量的纤维复合材料对再生混凝土进行黏贴加固,可以大大改善再生混凝土的抗弯性能。碳纤维增强复合材料(简称CFRP)和玻璃纤维增强复合材料(简称GFRP)是目前对结构构件进行加固中研究和使用较为广泛的两种加固材料。CFRP的抗拉强度和杨氏模量高,但CFRP纤维布材料的延伸率较低,延性较差,且发生破坏多以脆性断裂为主,不宜直接应用于加固工程中。GFRP纤维的抗拉强度和杨式模量较CFRP纤维相对较低,但材料的延伸率却相对较高。针对已有的对混杂材料共同加固的研究表明,MFRP(碳纤维和玻璃纤维面积各一半的层内混杂)和CFRP/GFRP(CFRP纤维布和GFRP纤维布层间混杂)的加固材料,具有强度和延伸率的正混杂效应,能有效地改善CFRP材料弹脆性性质,使加固材料的抗弯性能得到更充分的发挥。以单一FRP材料和层内混杂材料MFRP及层间混杂材料CFRP/GFRP对试验梁的加固机理进行了理论分析,采用对6根FRP纤维布加固的再生混凝土试验梁进行受弯静载试验的方法结合ANSYS有限元模拟,研究了黏贴一层CFRP、GFRP、MFRP及黏贴两层CFRP、GFRP和CFRP/GFRP加固预裂再生混凝土梁的抗弯性能,得出如下结论:(1)在MFRP构成的层内混杂材料及CFRP/GFRP构成的层间混杂材料的内部,高延伸率的GFRP对低延伸率的CFRP的随机弹脆性断裂起到了显著的阻止及改善作用,有效地改善了单一FRP材料的弹脆性性质;同时由于两种纤维布复合体的协调变形,能够对结构界面性能有效改善,使裂纹处的应力分布更均匀,非常显著地避免单一FRP纤维布加固中经常发生的界面剥离破坏情况,对结构的延性和承载能力也有显著提高;(2)通过抗弯试验研究了黏贴单层MFRP及黏贴两层CFRP/GFRP纤维材料加固预裂再生混凝土梁的抗弯性能。结果表明,混杂纤维片材相对于同等加固量的单一片材对试验梁进行加固后,梁的抗裂性能、承载能力以及刚度均有显著改善和提高。MFRP及CFRP/GFRP加固梁在加载的整个过程中兼顾了两种纤维布加固的优良性能;(3)有限元ANSYS模拟的计算结果与实际试验的结果良好符合,证明有限元建模方法的可行性,参数化建模分析计算得出不同层内混杂比例加固方式及不同层间混合纤维加固的混凝土梁表现出显著的抗弯性能,在工程应用的范围内能有效提高材料的利用效率。
【关键词】：复合纤维片材 损伤加固 再生混凝土梁 ANSYS参数化分析
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU375.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-21
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 FRP材料及混杂材料11-14
• 1.2.1 FRP材料及特点11-12
• 1.2.2 层内混杂及层间混杂复合材料12-14
• 1.3 国内外FRP片材加固混凝土梁的研究现状14-19
• 1.4 主要研究内容19-21
• 2 MFRP及CFRP/GFRP布加固再生混凝土梁抗弯试验21-59
• 2.1 试验目的21
• 2.2 试件的选取与制作21-27
• 2.2.1 加固试件概况21-22
• 2.2.2 钢筋及混凝土材料性能22-23
• 2.2.3 FRP纤维布材料及性能23-25
• 2.2.4 加固方式及施工工艺25-27
• 2.3 混杂纤维布的制作与材性试验27-32
• 2.3.1 基本设计思路27-28
• 2.3.2 混杂纤维布拉伸试验28-32
• 2.4 FRP片材加固受损梁抗弯试验32-35
• 2.4.1 试件设计32-33
• 2.4.2 加载方式33-34
• 2.4.3 试验数据采集34-35
• 2.5 FRP布加固损伤梁抗弯性能分析35-57
• 2.5.1 承载能力对比分析35-38
• 2.5.2 应变分析38-46
• 2.5.3 跨中挠度测试结果及分析46-48
• 2.5.4 破坏形式及裂缝开展情况48-57
• 2.6 本章小结57-59
• 3 有限元对比验证59-79
• 3.1 有限元分析模型的建立59-60
• 3.1.1 关于钢筋混凝土模型59
• 3.1.2 本构关系及破坏准则59-60
• 3.2 单元类型的选取及单元间连接60-63
• 3.2.1 模拟混凝土实体单元60-61
• 3.2.2 模拟钢筋的杆单元61-62
• 3.2.3 模拟FRP布的膜单元62-63
• 3.2.4 模拟刚性塾块的普通实体单元63
• 3.2.5 单元之间的连结63
• 3.3 材料基本属性及本构关系63-67
• 3.4 破坏准则及非线性求解参数设置67-68
• 3.5 建模及网格划分68-70
• 3.6 ANSYS计算结果70-78
• 3.6.1 抗弯承载力对比70-71
• 3.6.2 应力与应变结果分析71-75
• 3.6.3 挠度分析75-77
• 3.6.4 梁破坏时裂缝开展情况77-78
• 3.7 本章小结78-79
• 4 有限元参数化分析79-94
• 4.1 加固梁承载力影响因素79
• 4.2 ANSYS参数化分析计算79-93
• 4.2.1 改变混杂纤维成分比例79-82
• 4.2.2 CFRP布黏贴层数的影响82-85
• 4.2.3 GFRP布黏贴层数的影响85-88
• 4.2.4 改变层间混合加固方式的影响88-91
• 4.2.5 混凝土强度的影响91-92
• 4.2.6 配筋率的影响92-93
• 4.3 本章小结93-94
• 5 结论与展望94-96
• 5.1 主要结论94-95
• 5.2 展望95-96
• 致谢96-97
• 参考文献97-100
• 攻读硕士期间发表的学术论文及研究成果100

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