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《沈阳建筑大学》 2015年
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不同受力形式的表面内嵌FRP筋与混凝土界面粘结滑移性能研究

何禄源  
【摘要】:当建筑结构在承载能力或者使用功能无法继续满足正常使用的要求时,不可避免地将面对加固问题。FRP筋作为一种新型的复合材料,具有良好的受力性能和耐久性,表面内嵌FRP筋加固技术已逐渐成为混凝土结构加固领域的研究热点。表面内嵌FRP筋与粘结剂之间的粘结性能是FRP筋结构中最基本的力学行为,是设计、应用和推广该种加固方法的关键技术之一。本课题通过研究表面内嵌FRP筋混凝土的粘结滑移性能,期望为表面内嵌FRP筋加固技术的研究与应用提供一定的参考依据。本文通过对一组表面内嵌FRP筋混凝土拉拔试件进行试验分析,研究试件的受力形式和破坏模式,对FRP筋直径d、粘结长度l和FRP筋类型等影响因素进行分析。试验表明,试件的破坏模式表现为FRP筋与结构胶界面破坏、结构胶与混凝土界面剥离、FRP筋被拉断和结构胶劈裂四种。通过分析影响因素发现,在粘结长度不变的情况下,d=8mm的试件的最大粘结应力均大于d=10mm的试件;在直径相同的情况下,BFRP筋试件的最大粘结应力随粘结长度的增加而增大,GFRP筋试件的最大粘结应力随粘结长度的增加而减小;在粘结长度和FRP筋直径均相同的情况下,GFRP筋试件的最大粘结应力大于BFRP筋试件。通过对试验曲线进行分析拟合,建立了一种适用于表面内嵌FRP筋与混凝土粘结性能的粘结-滑移本构关系模型。该模拟能够较为准确地模拟两者之间粘结滑移性能。在此基础上,推导了表面内嵌FRP筋锚固长度限值的计算公式。利用有限元分析软件对表面内嵌FRP筋混凝土拉拔试验进行数值模拟。将有限元分析结果与试验结果进行分析对比,曲线吻合良好,验证了有限元模型的正确性。在此基础上,对粘结区域FRP筋的应变和粘结应力分布曲线进行分析。通过对一组表面内嵌FRP筋加固混凝土梁试件进行梁式试验,研究FRP筋加固混凝土梁的受力形式和破坏模式,对FRP筋直径d、粘结长度l和FRP筋类型等影响因素进行分析。试验表明试件的破坏模式为:结构胶整体破坏、粘结区域结构胶剥离破坏、和FRP筋被拉断三种。通过对影响因素分析发现,在粘结长度不变的情况下,d=8mm的试件的极限荷载均小于d=10mm的试件;在FRP筋直径相同的情况下,当粘结长度不大于400mm时,试件的极限荷载随粘结长度的增加而增大,当粘结长度大于400mmm时,试件的最大粘结应力随粘结长度的增加而减小;在粘结长度和FRP筋直径均相同的情况下,当粘结长度不大于200mm时,GFRP筋试件的极限荷载大于BFRP筋试件,当粘结长度大于200mmm时,GFRP筋试件的极限荷载小于BFRP筋试件。
【关键词】:表面内嵌 FRP筋 拉拔试验 粘结-滑移 有限元分析 混凝土梁 加固
【学位授予单位】:沈阳建筑大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TU377
【目录】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-11
  • 第一章 绪论11-21
  • 1.1 研究背景、意义11-12
  • 1.2 混凝土结构加固技术12-14
  • 1.2.1 传统加固技术12-13
  • 1.2.2 FRP加固技术13-14
  • 1.3 表面内嵌FRP加固方法在国内外的应用14-15
  • 1.3.1 国外的应用15
  • 1.3.2 国内的应用15
  • 1.4 表面内嵌FRP粘结性能的研究现状15-19
  • 1.4.1 国外的研究现状16-18
  • 1.4.2 国内的研究现状18-19
  • 1.5 本文研究内容及方法19-21
  • 第二章 表面内嵌FRP筋拉拔试验21-37
  • 2.1 引言21
  • 2.2 试验概况21-27
  • 2.2.1 试件设计21
  • 2.2.2 粘结方案21-23
  • 2.2.3 试件制作23-25
  • 2.2.4 试验装置25
  • 2.2.5 材料力学性能25-27
  • 2.3 试验结果与分析27-35
  • 2.3.1 破坏模式与分析28-32
  • 2.3.2 影响因素分析32-35
  • 2.4 本章小结35-37
  • 第三章 表面内嵌FRP筋与混凝土粘结滑移性能分析37-47
  • 3.1 引言37
  • 3.2 表面内嵌FRP筋与混凝土粘结滑移本构关系37-42
  • 3.2.1 BFRP筋试件的粘结-滑移本构模型37-39
  • 3.2.2 GFRP筋试件的粘结-滑移本构模型39-42
  • 3.3 本构关系特征值42
  • 3.4 FRP筋最小锚固长度42-45
  • 3.5 FRP筋约束失效应变45-46
  • 3.6 本章小结46-47
  • 第四章 单端拉拔试件有限元分析47-61
  • 4.1 引言47
  • 4.2 有限元模型的建立与结果分析47-60
  • 4.2.1 材料本构模型47-49
  • 4.2.2 粘结滑移模型49-50
  • 4.2.3 确定Spring2单元刚度及F-D曲线50-51
  • 4.2.4 有限元模型建立51-52
  • 4.2.5 试验结果与模拟结果的对比52-55
  • 4.2.6 FRP筋应变分析55-57
  • 4.2.7 FRP筋粘结应力分析57-60
  • 4.3 本章小结60-61
  • 第五章 表面内嵌FRP筋加固混凝土梁局部粘结滑移性能的研究61-83
  • 5.1 引言61
  • 5.2 试验概况61-67
  • 5.2.1 试件设计61-62
  • 5.2.2 加固方案62-63
  • 5.2.3 FRP筋应变片布置63-64
  • 5.2.4 试件制作64-65
  • 5.2.5 试验装置与试验加载过程65-66
  • 5.2.6 材料力学性能66-67
  • 5.3 试验结果与分析67-81
  • 5.3.1 破坏模式67-70
  • 5.3.2 FRP筋应变分析70-75
  • 5.3.3 FRP筋局部粘结应力分析75-79
  • 5.3.4 表面内嵌FRP筋与加固混凝土梁粘结性能影响因素分析79-81
  • 5.4 本章小结81-83
  • 第六章 结论83-85
  • 6.1 结论83
  • 6.2 展望83-85
  • 参考文献85-89
  • 作者简介89
  • 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文89
  • 作者在攻读硕士学位期间申请的国家专利89-91
  • 致谢91

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