碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁弯扭受力性能研究

发布时间：2017-04-29 12:04

  本文关键词：碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁弯扭受力性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：CFRP作为一种高性能材料,具有优异的物理性能、质量轻、耐腐蚀性、施工方便和占用空间小等优点,已成为加固钢筋混凝土结构的主要材料,对其加固设计方法和加固计算理论分析是工程师们所关注的热点问题。桥梁结构大多数都处于复合受力的状态,对复合受力的桥梁结构进行加固愈发受到人们的重视。近年来,加固工艺方面也制定了对应的技术规范,但对于使用CFRP加固的箱梁,在弯扭复合受力情况下的受力机理影响因素比较多,至今仍然缺乏较为深入的研究。在众多的加固工程中CFRP材料由于其优点突出而备受人们的青睐,因此对CFRP加固箱梁在弯扭复合受力下的承载力试验以及理论的研究,显得意义重大。本文对CFRP加固混凝土箱梁在复合受力下进行扭承载力进行试验。制作了5片钢筋混凝土箱形试验梁,预留一片箱梁不进行加固作为试验对比梁,然后对剩下的4片箱梁按不同的CFRP粘贴方式进行加固。具体对每片箱梁进行分级加载试验,得到了箱梁在不同荷载工况下各测试截面的挠度、钢筋、CFRP与混凝土的应变,并对加载过程中梁体表面开展的裂缝进行观测记录。对试验结果的分析表明,使用外表面粘贴CFRP加固能够对箱梁抗扭承载力提高45%左右,对箱梁进行U型加固方式是抗扭承载力提高的主要因素,它对混凝土的包裹作用提高了结构抗扭承载力,提高了受扭构件的刚度,对裂缝的发展有抑制作用,且减小了裂缝宽度。以变角度空间桁架理论作为基础,依据静力平衡条件建立方程,推导了CFRP加固梁在弯扭受力下的抗扭极限承载力公式。以现行混凝土结构设计规范中关于受扭构件承载力相关计算公式为基础,结合复合受力下的弯扭无量纲相关关系式,将CFRP对结构抗力贡献因素考虑进去,推导了纯扭和弯扭两种模式下构件的抗扭承载力计算式。利用ANSYS通用有限元分析软件,仿真模拟CFRP加固钢筋混凝土箱梁的复合受力模型,对各箱梁试件在不同荷载工况下的受力情况进行分析求解,计算所得的箱梁抗扭刚度曲线,挠度曲线与试验结果比较接近,说明使用ANSYS进行加固分析是可行的。
【关键词】：混凝土箱梁 碳纤维布 弯扭受力 变角空间桁架理论
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U445.72
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 CFRP在桥梁加固中的应用11-14
• 1.2.1 CFRP简介11-12
• 1.2.2 CFRP材料的优点12-13
• 1.2.3 CFRP在桥梁工程中的应用13-14
• 1.3 加固钢筋混凝土构件的复合受力研究进展14-17
• 1.3.1 加固钢筋混凝土构件复合受力分析理论14-16
• 1.3.2 国内外加固扭转问题的研究现状16-17
• 1.4 CFRP加固研究意义17-18
• 1.5 本文主要研究内容18-19
• 2 试验介绍及试验现象19-30
• 2.1 引言19
• 2.2 箱梁的设计与制作19-21
• 2.3 箱梁的加固设计21-22
• 2.3.1 加固方案21-22
• 2.3.2 CFRP粘贴加固过程22
• 2.4 测试内容与方法22-26
• 2.4.1 加载设计23
• 2.4.2 试件扭转变形23-24
• 2.4.3 钢筋的应变测量24-25
• 2.4.4 混凝土及CFRP应变测量25-26
• 2.5 主要试验现象及结果26-29
• 2.6 小结29-30
• 3 箱梁破坏全过程结果及分析30-45
• 3.1 试件的破坏过程及破坏形态30
• 3.2 钢筋应变分析30-41
• 3.2.1 纵筋应变分析30-35
• 3.2.2 箍筋应变分析35-41
• 3.3 箱梁表面应变分析41-43
• 3.4 试验梁承载力对比43-44
• 3.5 小结44-45
• 4 CFRP加固复合受力钢筋混凝土箱梁抗扭承载力理论研究45-60
• 4.1 变角度空间桁架计算理论45-46
• 4.2 试验材料本构关系46-49
• 4.2.1 软化混凝土的二轴σ-ε关系46-47
• 4.2.2 钢筋本构关系47-48
• 4.2.3 CFRP的本构关系48-49
• 4.3 箱梁开裂前的应力分析49-52
• 4.3.1 开裂扭矩推导49-51
• 4.3.2 未开裂阶段纯扭试验结果分析51-52
• 4.4 箱梁开裂后的扭矩计算52-57
• 4.4.1 理论计算模型52-53
• 4.4.2 协调方程53-55
• 4.4.3 基本计算公式推导55-57
• 4.5 简化计算公式57-59
• 4.5.1 加固箱梁在纯扭受力下的抗扭承载力简化计算57-58
• 4.5.2 加固梁在弯扭复合作用下抗扭承载力简化计算58-59
• 4.6 小结59-60
• 5 CFRP加固复合受力钢筋混凝土箱梁的有限元分析60-74
• 5.1 引言60-61
• 5.2 有限元模型建立61-67
• 5.2.1 混凝土单元61-63
• 5.2.2 钢筋单元63
• 5.2.3 碳纤维布单元63-64
• 5.2.4 分析前处理64-67
• 5.3 计算结果分析67-73
• 5.3.1 计算结果分析67
• 5.3.2 构件抗扭刚度的变化67-71
• 5.3.3 构件抗弯刚度的变化71-73
• 5.4 本章小结73-74
• 6 结论与展望74-76
• 6.1 结论74
• 6.2 研究展望74-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-79
• 攻读学位期间的研究成果79

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本文编号：334812