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《武汉理工大学》 2004年
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碳纤维布加固不同损伤混凝土梁抗弯性能的试验研究

刘其卓  
【摘要】:随着交通荷载等级的不断提高,交通运输量的不断增加,桥梁服役年限的不断延长,许多桥梁已渐渐不能适应现代交通的要求,使用性能恶化,安全性降低。因此,对桥梁结构的维修、加固和补强的研究及应用,改善桥梁的使用性能和延长桥梁的使用寿命,已引起了世界性的关注,这是一项具有重要的理论和现实意义的研究课题。 碳纤维布以其优良的物理力学性能被越来越多的应用到桥梁结构的加固中,但目前研究碳纤维布加固主要是通过改变碳纤维布用量,配筋率,混凝土强度等来研究加固梁的抗弯性能,较少结合桥梁的不同损伤情况进行加固性能的研究,缺乏与数值模拟相结合的对比研究。因此,结合数值模拟方法,系统地研究碳纤维布对钢筋混凝土梁不同损伤情况下的加固性能具有重要的理论意义和现实意义。本文在分析现有桥梁结构加固方法的基础上,根据现行桥梁具有不同损伤的特点,研究了在不同损伤情况下,采用不同碳纤维布用量加固,对钢筋混凝土梁抗弯性能的影响,并结合有限元方法建立碳纤维布加固试验梁数值模型,通过有限元分析结果与实际试验结果的对比研究,提出合理了的损伤加固梁有限元计算模型。按论文的章节顺序,本文的具体研究成果如下: 1、简述了目前国内外桥梁的运行现状,分析了桥梁加固的作用与前景,列举了当前桥梁的不同加固方法及它们之间的优缺点,并对碳纤维布在桥梁加固中的研究现状进行了归纳总结。随后分析了国内碳纤维布加固研究存在的一些问题,并指出碳纤维布在今后桥梁加固方面的研究重点。 2、为提高混凝土梁的抗弯承载力,将碳纤维布粘贴于梁的底部,其结构形式和材质都发生了变化,在其进行抗弯设计计算时,传统的钢筋混凝土理论显然不再适用。在分析国内外大量试验研究和理论分析的基础上,给出了碳纤维布加固钢筋混凝土梁正截面抗弯极限承载力的计算公式。 3、通过8根碳纤维布加固梁的试验,研究了在不同损伤情况下,不同碳纤维布的粘贴层数(1、2层),对加固梁抗弯性能的影响与作用,分析的内容包括:梁的抗弯承载力、梁的挠度、材料的应变、裂缝扩展、破坏特征几个方面。试验研究表明:碳纤维布加固可以显著提高所有梁的抗弯承载力,增强梁的刚度,有效抑制裂缝的开展,改善钢筋的受力状态,而且抗弯承载力提高的程度随着损伤荷载的增加而相应降低。粘贴一层布的加固梁与未加固梁相比,它们的极 武汉理一「大学硕士学位论文 限承载力提高了45%一85%,刚度提高了8%一42%,而粘贴两层布的加固梁与 未加固梁相比,它们的极限承载力提高了88%一108%,刚度提高了20%一50%。 4、运用有限元方法,确定适当的数值模型(分离位移协调式模型),选择合 适的材料单元(其中混凝土选用SOLID65单元,钢筋选用LINKS单元,碳纤维 布选用sHEL以1、sHELL181单元),设定正确的模拟参数(包括混凝土、钢筋、 碳纤维布的弹性模量、泊松比、应力应变关系等),通过多次的试算,建立合理 的非线性有限元试验梁模型,通过改变损伤荷载及碳纤维布的用量两个参数, 分别算出所有试验梁的模拟结果,并提出了一些有关混凝土模型的建议。 5、将有限元分析的结果与试验结果进行对比分析,对比的内容包括:梁的 屈服与极限荷载、挠度、钢筋及碳纤维布的荷载一应变几个方面。通过对比研究 发现,有限元分析结果与试验结果吻合较好,两种计算结果的差异在10%以下, 并从弹塑性理论和有限元理论两个角度详细科学的描述了两者之间产生差异的 原因。而且,本文的有限元模型是建立在材料均质,钢筋、碳纤维布与混凝土 粘结良好的理想基础上,因此有效地克服了试验梁的随机性与离散性,很好地 模拟了加固梁的力学性能,为定量的分析碳纤维布加固混凝土梁的力学性能提 供了比较完整的计算数据。 碳纤维布加固混凝土桥梁的抗弯性能研究是一项综合性较强的研究领域,其 工程应用前景是广泛的,社会效应和经济效应巨大。本文根据碳纤维布加固不同 损伤度混凝土梁的抗弯试验,并结合数值模拟,为碳纤维布在损伤加固方面作了 一些系统研究。 本文得到湖北省2002年交通科技项目《纤维材料加固桥梁结构新技术及其 安全性评价方法研究》的资助。 关键词:钢筋混凝土梁;抗弯承载力;碳纤维布;加固;有限元模拟
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TU375.1

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7 李春霞;CFRP加固负载混凝土梁抗弯承载力及可靠度研究[D];武汉理工大学;2012年
8 王文炜;纤维复合材料加固钢筋混凝土梁抗弯性能研究[D];大连理工大学;2003年
9 陈凤山;海洋环境下钢筋混凝土结构CFRP加固研究[D];大连理工大学;2007年
10 杨曌;碳纤维布加固砌体结构抗震性能试验研究及理论分析[D];武汉理工大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 刘其卓;碳纤维布加固不同损伤混凝土梁抗弯性能的试验研究[D];武汉理工大学;2004年
2 袁祥明;碳纤维布修补加固混凝土受弯构件正截面承载力的实验研究与理论分析[D];四川大学;2004年
3 梅巧林;碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯试验研究[D];武汉理工大学;2004年
4 李伟;碳纤维布加固钢筋混凝土T形梁有限元分析研究[D];河北理工学院;2004年
5 赵华玮;碳纤维布加固钢筋混凝土梁受力性能的试验研究[D];郑州大学;2005年
6 李俊杰;碳纤维布加固圆钢管轴心受力有限元分析及试验研究[D];兰州理工大学;2011年
7 杜海强;碳纤维布加固混凝土梁抗弯承载力研究[D];中南大学;2007年
8 王佳;智能算法在碳纤维布加固钢筋混凝土梁承载力预测中的应用研究[D];西安理工大学;2010年
9 李赞;重度受损钢筋混凝土梁修复后的抗震性能研究[D];沈阳建筑大学;2011年
10 任伟;碳纤维布对RC梁抗剪加固研究[D];长安大学;2003年
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