贯入式FRP筋抗剪加固混凝土桥面板力学性能研究

发布时间：2017-03-18 06:00

  本文关键词：贯入式FRP筋抗剪加固混凝土桥面板力学性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来随着交通量的快速增长,以及公路车辆荷载水平的显著提高,导致公路混凝土桥梁车辆活荷载应力相比过去已明显增大。已建桥梁结构的钢筋混凝土桥面板在使用一定年限后,由于较小的保护层厚度、除冰盐直接作用在其表面导致板内钢筋锈蚀等原因,结构功能退化问题尤为严重。到目前为止,对桥面结构加固研究工作主要集中在抗弯加固,而国内外研究已经表明,不配抗剪钢筋的混凝土桥面板的主导失效模式为剪切破坏而非弯曲破坏,因此对混凝土桥面板端部抗剪加固的研究具有重要意义。近年来纤维增强复合材料(Fibre Reinforced Polymer,FRP)加固技术受到越来越多的关注,但现行FRP加固技术,例如表面粘贴法(Externally Bonded,EB)和表层嵌贴法(Near Surface Mounted,NSM),并不适用于桥面板抗剪加固,因此本次研究将采用截面贯入式(Embedded Through-Section,ETS)技术对混凝土桥面板进行抗剪加固,并采用FRP筋作为ETS技术加固材料。ETS技术作为一种较为新颖的结构加固技术,目前国内外对其的研究相对较少,尤其是在桥面抗剪加固领域。基于以上讨论,本文首先对混凝土桥面板板带试件进行加载试验,研究试件抗剪性能,重点研究参数包括:ETS加固筋筋材类型、筋材布置、筋材直径以及钻孔损伤分析。试验中将通过分析加载过程结构变形、应变、承载力以及破坏模式等结果数据,研究不同试件的工作性能,并以此分析试件参数变化对结构工作性能的影响;与此同时,采用有限元分析软件ABAQUS对试验模型进行数值模拟和分析,通过对加载试验试件模拟的吻合程度,说明所建立的数值模型的准确性,并在此基础上,研究各个参数对ETS加固试件工作性能和加固效果的影响;在试验研究与数值模拟的基础上,采用基于改进的BPE模型的基础上提出的ETS-FRP筋抗剪贡献计算模型,并通过本次试验及已有的相关试验的试验结果,与理论公式计算结果进行对比和分析。从对比结果可以看出,本文采用的计算模型的计算结果与试验结果较为吻合,可以较为准确的计算试件承载力,并可根据计算结果判断试件失效模式,为后续研究提供重要的参考价值。
【关键词】：混凝土桥面板 纤维增强复合材料 截面贯入式加固 结构试验 数值模拟
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【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
• 第1章 绪论10-24
• 1.1 课题背景及研究目的和意义10-11
• 1.2 剪切理论简述11-15
• 1.2.1 剪力传递机制11-13
• 1.2.2 抗剪承载力的尺寸效应13
• 1.2.3 单向剪切与双向剪切13-14
• 1.2.4 主要剪切模型14-15
• 1.3 桥面板抗剪研究简述15-18
• 1.4 现有桥梁加固技术简述18-19
• 1.5 贯入式FRP筋加固技术研究简述19-22
• 1.5.1 FRP筋简介19
• 1.5.2 贯入式FRP筋抗剪加固技术研究简述19-22
• 1.6 本课题来源及主要研究内容22-24
• 第2章 贯入式加固桥面板试验介绍24-38
• 2.1 概述24
• 2.2 试验设计24-27
• 2.3 试验材料及试件制备27-34
• 2.3.1 混凝土材料制备及性能测定27-28
• 2.3.2 试验筋材性能测定28-29
• 2.3.3 试验加载装置29-30
• 2.3.4 ETS筋板带试件的制备30-33
• 2.3.5 粘结性能试验试件制备33-34
• 2.4 试验测量内容和测量方法34-36
• 2.4.1 混凝土板带挠度的测量34-35
• 2.4.2 混凝土及筋材应变的测量35-36
• 2.5 试验准备和试验过程36-38
• 2.5.1 试验准备36-37
• 2.5.2 试验过程37-38
• 第3章 试验结果与分析38-64
• 3.1 概述38
• 3.2 ETS筋与混凝土粘结性能试验结果及分析38-41
• 3.2.1 试件破坏模式38-39
• 3.2.2 荷载-位移曲线分析39-40
• 3.2.3 荷载-应变曲线分析40-41
• 3.3 板带加载试验试件破坏模式和裂缝形态分析41-45
• 3.3.1 试件破坏模式41-43
• 3.3.2 裂缝形态分析43-45
• 3.4 荷载-位移曲线分析45-51
• 3.4.1 整体分析45-48
• 3.4.2 损伤分析及钻孔加固试件荷载-位移曲线分析48-49
• 3.4.3 ETS筋材类别对荷载-位移曲线的影响49
• 3.4.4 ETS筋材直径对荷载-位移曲线的影响49-50
• 3.4.5 试件延性分析50-51
• 3.5 应变分析51-62
• 3.5.1 混凝土应变分析51-56
• 3.5.2 纵筋应变56-59
• 3.5.3 ETS筋应变59-62
• 3.6 本章小结62-64
• 第4章 非线性有限元分析64-87
• 4.1 引言64
• 4.2 材料本构关系64-70
• 4.2.1 混凝土本构模型64-65
• 4.2.2 本文所用混凝土本构关系65-68
• 4.2.3 混凝土损伤塑性模型参数选择68-69
• 4.2.4 筋材本构模型69-70
• 4.3 有限元模型建立70-72
• 4.3.1 分析方法70
• 4.3.2 单元选择、边界条件与接触70-71
• 4.3.3 破坏准则71-72
• 4.4 有限元结果分析72-80
• 4.4.1 平面应力单元模型与实体单元模型的选用72-73
• 4.4.2 极限承载力对比73
• 4.4.3 荷载-位移曲线对比73-75
• 4.4.4 荷载-应变曲线对比75-77
• 4.4.5 应变及破坏模式分析77-80
• 4.5 参数化分析80-86
• 4.5.1 边界条件80-81
• 4.5.2 混凝土强度81
• 4.5.3 配筋率81-84
• 4.5.4 剪跨比84-86
• 4.6 本章小结86-87
• 第5章 理论分析与计算87-101
• 5.1 引言87
• 5.2 现行混凝土构件抗剪和抗弯计算规范简介87-90
• 5.2.1 抗剪计算简介87-89
• 5.2.2 抗弯计算简介89-90
• 5.3 ETS筋抗剪作用理论模型90-96
• 5.3.1 Valerio模型90-92
• 5.3.2 Mofidi模型92-96
• 5.4 ETS-FRP加固混凝土结构承载性能理论分析96-99
• 5.5 本章小结99-101
• 结论101-103
• 参考文献103-108
• 致谢108

  本文关键词：贯入式FRP筋抗剪加固混凝土桥面板力学性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：253987