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纤维增强复合材料加固修复金属结构界面性能研究

彭福明  
【摘要】:结构加固是土木工程中的一个重要研究领域,而纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymers,简称FRP)加固工程结构则是一种新型的结构加固技术,是结构加固领域的研究热点之一。目前FRP加固混凝土结构技术的研究和应用相对而言比较成熟。与传统的金属结构加固方法相比,FRP加固金属结构技术具有许多突出的优点,如不会导致严重的应力集中、不会产生残余应力、施工方便、维护费用低等。但是FRP加固金属结构还有许多问题有待于研究,本文对FRP加固金属结构进行了较为系统的理论分析和试验研究。 在总结国内外关于FRP加固修复金属结构理论分析和试验研究的基础上,本文对双面粘贴FRP的单向拉伸金属板的界面应力进行了推导,并对有效粘结长度及有效刚度进行了分析。对受弯构件受拉翼缘外侧粘贴FRP后的界面剪应力和界面剥离应力进行了分析。基于轴对称平面应变条件,推导了缠绕FRP加固承受内压的损伤金属管线的环向应力计算公式,并提出了预应力FRP加固损伤金属管线的思路。采用能量法推导出FRP加固轴心受压钢管的弹性屈曲荷载计算公式。 对FRP加固修复金属结构的特殊性及关键问题进行了系统的论述,包括FRP与金属之间的粘结机理、对加固材料的要求、FRP与金属材料的表面处理、FRP与金属之问的荷载传递及构造措施、FRP-金属的粘结耐久性、碳纤维与金属材料之间的电偶腐蚀等。 优选出适合于碳纤维布和碳纤维板加固的粘结材料,并对FRP和金属之间的粘结强度和粘结耐久性进行了试验,还对常用碳纤维布的耐老化性能进行了试验研究。进行了10个碳纤维布加固钢板的静力拉伸试验,并对粘结应力进行了分析。 本文提出了“三维实体—弹簧—壳元”有限元模型,对采用ANSYS~(?)分析的关键技术进行了论述,并采用该模型对金属裂纹板和受弯钢梁粘贴FRP加固后的性能进行了分析,还对FRP加固含孔金属板和金属管线进行了有限元分析,并对


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