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碳纤维加固复合受力钢筋混凝土箱梁抗扭性能的试验和理论研究

景萌  
【摘要】: 薄壁箱梁广泛地应用于中等、大跨的双线公路桥、铁路桥、曲线梁桥、斜拉桥等桥梁结构体系中,是一种典型的弯剪扭复合受力构件。由于低于现行设计标准建造、自然条件的侵蚀、地震、撞击和超载运营的损害等影响,很多桥梁可能由于抗扭强度不足而需要加固修复。因此,本文对碳纤维加固复合受力钢筋混凝土箱梁的抗扭性能进行了系统的试验和理论研究,为以后的研究和设计工作提供理论依据和技术参考,具有重要的理论意义和工程价值。主要创新工作及研究成果包括以下几个方面: (1)进行了4根碳纤维加固钢筋混凝土箱梁试件在弯矩、剪力和单调扭矩复合作用下的破坏试验和4根碳纤维加固钢筋混凝土箱梁在弯矩、剪力和反复扭矩复合作用下的破坏试验。研究发现,采用碳纤维加固能有效地提高弯剪扭复合作用下的钢筋混凝土箱梁的受扭承载力,并且明显地提高其抗扭刚度、改善其变形性能、增强构件的滞回耗能性能。同时,还提出了反复扭矩作用下碳纤维加固钢筋混凝土箱梁的受扭承载力恢复力模型。 (2)基于考虑混凝土软化的斜压场理论(即修正斜压场理论),建立了碳纤维加固复合受力钢筋混凝土箱梁的力学计算模型,推导了碳纤维加固复合受力钢筋混凝土箱梁的应力分析计算公式,对其受力机理进行了详尽的理论分析。同时,采用FORTRAN语言编制了相应的计算程序,对试验中的4根碳纤维加固复合受力的钢筋混凝土箱梁试件进行了全过程受力分析。 (3)基于试验的分析结果,建立了合理的三维有限元模型,对碳纤维加固复合受力下的钢筋混凝土箱梁的抗扭性能进行了非线性有限元分析。与试验结果的对比分析表明,所采用的有限元法可以较好地预测碳纤维加固箱梁的抗扭工作性能。进一步对碳纤维加固复合受力钢筋混凝土箱梁的剪扭相关性能进行了研究,得到碳纤维加固复合受力钢筋混凝土箱梁的剪扭极限承载力无量纲相关关系符合斜直线的规律性。 (4)推导了碳纤维加固钢筋混凝土箱梁受弯承载力、受剪承载力和受扭承载力的设计计算公式。利用碳纤维加固复合受力钢筋混凝土箱梁的弯剪扭相关曲线方程,提出了碳纤维加固复合受力钢筋混凝土箱梁的受扭承载力的计算方法。


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