碳纤维布加固弯剪扭复合受力钢筋混凝土箱梁的试验研究

发布时间：2017-04-03 01:08

  本文关键词：碳纤维布加固弯剪扭复合受力钢筋混凝土箱梁的试验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近些年来,伴随着交通量的增长,早期已建桥梁产生不同程度的病害,CFRP加固技术因诸多优势而受到工程人员的青睐。国内外研究学者对CFRP的加固钢筋混凝土结构的力学性能及使用性能进行了大量的理论分析与试验研究。CFRP加固也已经广泛使用在钢筋混凝土梁的抗弯以及抗剪加固方面,然而对于CFRP抗扭加固钢筋混凝土箱梁这方面的研究较少,特别是对CFRP加固复合受力作用下的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能的研究更少。因此,本文对CFRP加固弯剪扭复合受力钢筋混凝土箱梁的抗扭性能进行了详细的试验研究。研究内容主要包括以下几个方面:1.制作了五片试验梁,包括一片未进行加固的对照梁与四片采用不同方式加固的试验梁。试验的加载设备是烟台新天地试验技术有限公司与兰州交通大学共同设计的YJ-IIID型结构力学组合试验装置以及自制的加载装置,进行了四个工况的加载试验。2.分析在纯扭受力作用下各片试验梁在弹性阶段的试验数据,得出提高箱梁抗扭性能的合理加固方式。分析在弯剪扭复合受力作用下试验梁的破坏形式、裂缝发展情况、钢筋应变、混凝土应变、CFRP的应变,得出CFRP加固能够显著提高复合受力作用下钢筋混凝土箱梁的抗扭承载力,而且箱梁抗扭刚度明显提高、变形性能得到改善。3.箱梁开裂前,采用三向莫尔圆进行受力分析,并结合试验结果提出CFRP加固复合受力钢筋混凝土箱梁的开裂扭矩公式。箱梁开裂后,基于变角度空间桁架模型理论,将纵向粘贴的CFRP和环向粘贴的CFRP的受力考虑在内对试验箱梁的抗扭承载力的进行了计算,计算结果与试验结果相符合。4.运用ANSYS建立了CFRP加固钢筋混凝土箱梁的有限元模型,分析模拟箱梁在纯扭荷载作用下弹性阶段的刚度变形及混凝土的应变,并与试验值进行对比分析。通过对比得出ANSYS的计算结果与试验结果能够较好的吻合,表明所建立的箱梁模型能够准确分析箱梁在纯扭荷载下的应力应变。
【关键词】：碳纤维布 钢筋混凝土 箱梁 复合受力 变角空间桁架模型
【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10-16
• 1.1 研究背景10
• 1.2 CFRP加固的简介10-12
• 1.2.1 CFRP性能简介10-11
• 1.2.2 加固概论11-12
• 1.3 钢筋混凝土箱梁及加固国内外研究现状12-14
• 1.3.1 国外学者的研究成果12
• 1.3.2 国内学者的研究成果12-14
• 1.4 本文主要研究内容14-16
• 2 试验方案设计16-28
• 2.1 试验内容16
• 2.2 试件设计及CFRP加固方案16-20
• 2.2.1 尺寸拟定16-17
• 2.2.2 材料选定17
• 2.2.3 模型梁配筋17-18
• 2.2.4 加固方式18-20
• 2.2.5 CFRP粘贴加固过程20
• 2.3 试验加载设计20-25
• 2.3.1 试验装置设计20-24
• 2.3.2 试验加载工况设计24-25
• 2.4 量测设计25-27
• 2.4.1 量测项目25
• 2.4.2 纵筋和箍筋的应变布置与测量25-26
• 2.4.3 混凝土和碳纤维布的应变布置与测量26
• 2.4.4 试验梁扭转角测量26-27
• 2.4.5 试验梁挠度测量27
• 2.5 小结27-28
• 3 试验结果及分析28-66
• 3.1 纯扭试验结果分析28-30
• 3.2 试验的破坏过程和试验梁的破坏形态30-37
• 3.3 试验梁承载力变化37
• 3.4 试验梁的刚度变化37-40
• 3.4.1 抗扭刚度的变化37-39
• 3.4.2 抗弯刚度的变化39-40
• 3.5 钢筋的应变分析40-62
• 3.5.1 纵筋的应变分析40-50
• 3.5.2 箍筋的应变分析50-62
• 3.6 CFRP的应变分析62-64
• 3.7 混凝土的应变分析64
• 3.8 CFRP的粘贴形式对加固效果的影响64
• 3.9 小结64-66
• 4 CFRP加固复合受力钢筋混凝土箱梁受扭承载力的理论分析66-76
• 4.1 引言66
• 4.2 混凝土开裂前的应力分析66-70
• 4.2.1 理论推导66-69
• 4.2.2 理论计算结果与试验值对比分析69-70
• 4.3 混凝土开裂后的应力分析70-74
• 4.3.1 变角度空间桁架模型分析70-74
• 4.3.2 理论计算结果与试验值对比分析74
• 4.4 小结74-76
• 5 CFRP加固钢筋混凝土箱梁有限元分析76-85
• 5.1 有限元模型的建立76
• 5.2 单元的选择76-77
• 5.2.1 混凝土单元76
• 5.2.2 钢筋单元76-77
• 5.2.3 碳纤维布单元77
• 5.3 试验梁几何模型建立和网格划分77-80
• 5.4 计算结果分析80-84
• 5.4.1 扭矩单位扭转角曲线80-82
• 5.4.2 混凝土的应变82-83
• 5.4.3 变形示意图83-84
• 5.5 小结84-85
• 结论与展望85-87
• 结论85-86
• 展望86-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-91
• 攻读学位期间的研究成果91

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