CFRP加固钢筋混凝土箱梁弯剪扭复合受力研究

发布时间：2017-06-21 19:20

  本文关键词：CFRP加固钢筋混凝土箱梁弯剪扭复合受力研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来,伴随着交通运输量的大幅度增加,桥梁结构的超负荷问题也日益严重,加之自然环境、材料老化以及不可抗力等因素的影响,桥梁结构相继产生了大量影响其正常使用功能的病害。而在这些桥梁结构中,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。国内外学者关于复合受力的钢筋混凝土箱梁的试验以及理论研究已经取得了较好的成果,但对于加固的钢筋混凝土箱梁,在复合受力情况下的受力机理较为复杂,至今仍然缺乏较为深入的研究。CFRP作为一种新型的加固材料,在众多的加固工程中由于其优点突出而备受人们的青睐,因此,对CFRP加固钢筋混凝土箱梁进行复合受力下的承载力试验以及理论的研究显得意义重大。本文进行了CFRP加固钢筋混凝土箱梁弯剪扭复合作用下的承载力试验研究。设计并制作了5片钢筋混凝土箱梁试件,然后对其中的4片箱梁试件按不同的加固方式进行CFRP加固,并通过试验装置对各箱梁试件进行分级加载试验,得到了各级荷载下箱梁各测试截面的挠度以及钢筋、CFRP、混凝土的应变,并对加载过程中梁体表面裂缝的发展过程进行观测,加载结束后记录梁体表面裂缝的位置。试验结果表明,在不同的CFRP加固方式下,弯剪扭复合受力下箱梁抗扭承载力的提高程度以及箱梁在复合受力下的开裂机理也不相同。基于试验研究,应用变角度空间桁架理论,提出了扭剪型破坏的CFRP加固箱梁复合受力下的计算模型,并根据平衡条件建立方程,推导出了CFRP加固箱梁弯剪扭复合受力下的抗扭极限承载力公式,并将理论计算值与试验值进行了对比。在现行混凝土结构设计规范中受扭构件承载力相关计算公式的基础上,提出了适合箱形截面的加固受扭构件的承载力修正公式。利用ANSYS有限元软件,建立了CFRP加固钢筋混凝土箱梁弯剪扭复合受力的有限元模型,对各箱梁试件在各级荷载下的受力情况进行数值模拟,计算所得的箱梁刚度曲线,钢筋、混凝土以及CFRP的应变曲线与试验结果基本吻合。
【关键词】：混凝土箱梁 CFRP 复合受力 承载力
【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】：U446
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 钢筋混凝土箱梁研究概述10-12
• 1.2 CFRP加固的特点及研究现状12-13
• 1.2.1 CFRP性能简介12
• 1.2.2 加固概述12
• 1.2.3 CFRP加固与其他加固方法比较12-13
• 1.3 CFRP加固箱梁的试验和理论研究现状13-15
• 1.3.1 国内学者的研究13-14
• 1.3.2 国外学者的研究14-15
• 1.4 本文主要研究内容和意义15-17
• 2 CFRP加固钢筋混凝土箱梁弯剪扭复合受力的试验研究17-26
• 2.1 引言17
• 2.2 试验梁的设计与制作17-18
• 2.3 试验梁CFRP加固方式18-20
• 2.4 材料力学性能20-21
• 2.5 测试内容与方法21-25
• 2.5.1 加载设计21-22
• 2.5.2 试验加载制度22
• 2.5.3 扭转变形22-23
• 2.5.4 钢筋的应变测量23-24
• 2.5.5 混凝土及CFRP应变测量24-25
• 2.6 本章小结25-26
• 3 试验破坏全过程及试验结果分析26-42
• 3.1 试验的破坏过程和试件的破坏形态26-30
• 3.2 试验梁承载力变化30
• 3.3 构件的刚度变化30-32
• 3.3.1 抗扭刚度的变化31
• 3.3.2 抗弯刚度的变化31-32
• 3.4 构件钢筋应变分析32-38
• 3.4.1 纵筋应变32-35
• 3.4.2 箍筋应变35-38
• 3.5 CFRP应变分析38-41
• 3.5.1 纵向CFRP应变39
• 3.5.2 横向CFRP应变39-41
• 3.6 本章小结41-42
• 4 CFRP加固钢筋混凝土箱梁弯剪扭复合受力的理论研究42-52
• 4.1 引言42
• 4.2 混凝土开裂前的应力分析42-44
• 4.3 混凝土开裂后的应力分析44-48
• 4.4 理论值与试验值的对比48-49
• 4.5 按混凝土规范分析49-51
• 4.5.1 混凝土规范公式推导49-51
• 4.5.2 截面限制条件51
• 4.6 本章小结51-52
• 5 CFRP加固钢筋混凝土箱梁复合受力的有限元分析52-73
• 5.1 有限元分析概述52
• 5.2 有限元模型选用52-53
• 5.3 单元类型选择53-55
• 5.3.1 混凝土单元53
• 5.3.2 钢筋单元53-54
• 5.3.3 CFRP单元54-55
• 5.4 试验材料本构关系55-57
• 5.5 材料破坏准则57
• 5.6 试验梁网格划分和求解技术57-60
• 5.7 计算结果分析60-72
• 5.7.1 受扭承载力和扭矩—扭转角曲线60-63
• 5.7.2 弯矩—挠度曲线63-66
• 5.7.3 钢筋和CFRP的应变66-69
• 5.7.4 裂缝和变形69-72
• 5.8 本章小结72-73
• 6 结论与展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 研究展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 攻读学位期间的研究成果79

【参考文献】

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