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混杂纤维复合材料的匹配设计和加固结构力学性能的试验研究

田毅  
【摘要】:对既有结构物的检测鉴定和维修加固改造已成为一些发达国家土木建筑业的投资与研发主体。九十年代初碳纤维复合材料加固结构开始盛行,至今已经深入和广泛。针对当今单一纤维增强复合材料(FRP)加固混凝土结构存在加固效率较低的问题,利用碳纤维(CFRP)材料强度高、弹性模量大,而玻璃纤维(GFRP)材料延性好、价格便宜的优势,将多种纤维材料有机结合,协调工作,优势互补,既发挥碳纤维材料强度高和弹性模量高的优势,又克服其延伸率低和价格高的缺陷。为此,本文以不同面密度无碱的GFRP布和CFRP布分层混杂在一起,形成层间混杂纤维复合材料(HFRP),并对HFRP的力学性能和加固时的优化匹配方式及其在混凝土结构加固中的应用进行研究。 文章在综合分析HFRP各组分及其力学性能的基础上,选择了经济适用、性能互补的CFRP布和GFRP布进行匹配,一方面从理论上分析研究混杂纤维材料的作用机理、匹配问题、抗拉强度、延伸率的估算方法,另一方面通过设计10组HFRP试件的拉伸性能对比试验,分析研究不同面密度、不同厚度、不同混杂比对复合材料力学性能的影响,提出了层间混杂纤维在拉伸强度一致的前提下,延性最大的混合匹配的优化设计方案。最后探讨层间HFRP加固钢筋混凝土梁抗弯的工作机理和设计方法等,对比HFRP与单一CFRP加固的效果,为层间混杂纤维复合材料加固混凝土结构提供理论依据和技术途径,同时也为该项加固技术在实际工程中推广应用提供理论依据和技术指导。


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