FRP条带加固损伤钢筋混凝土圆柱受压性能及承载力计算模型

摘要

纤维增强聚合物(Fiber Reinforced Polymer，简称FRP)约束钢筋混凝土结构是目前国内外结构加固改造研究和应用的热点，尤其适合于已有损伤混凝土结构的补强加固。然而，在各种使用荷载和侵蚀性环境作用下，受损钢筋混凝土结构采用FRP材料加固后，其内部的钢筋在侵蚀性环境作用下可能会继续锈蚀，外部FRP材料在侵蚀性环境作用下的约束效果也会受到影响。因此，研究FRP约束受损混凝土结构在侵蚀环境下的力学性能十分必要。本文进行了FRP条带加固损伤钢筋混凝土圆柱受压性能试验研究和理论分析。主要内容如下:
　　(1)通过15组FRP条带的拉伸试验，研究了侵蚀环境类别和作用方式、FRP条带种类和层数对FRP条带拉伸性能的影响。结果表明，常温环境下、冻融和干湿循环作用后，CFRP条带和GFRP条带的拉伸应力-应变关系近似为直线;常温环境下CFRP条带、GFRP条带的拉伸强度、弹性模量和延伸率几乎不受条带层数的影响;冻融环境对GFRP条带的影响大于CFRP条带，冻融循环75次时，CFRP条带和GFRP条带的拉伸强度分别是未冻融的0.978倍和0.898倍，并且随着冻融循环次数的增加，CFRP条带和GFRP条带拉伸强度逐渐下降;干湿循环作用对GFRP条带拉伸性能没有明显的影响。最后，提出了侵蚀环境下FRP条带拉伸强度计算模型。
　　(2)通过加速腐蚀试验，分析了损伤程度、FRP条带种类和层数对FRP加固钢筋混凝土圆柱极限荷载、轴向位移、环向应变的影响;基于对FRP条带约束效应、损伤程度对混凝土截面及钢筋力学性能影响的研究与分析，提出了FRP条带加固损伤钢筋混凝土圆柱轴压承载力计算模型。
　　(3)通过侵蚀环境下FRP条带加固锈蚀损伤钢筋混凝土圆柱轴压试验，分析了侵蚀环境对混凝土强度、极限荷载、轴向位移和环向应变的影响。结果表明，混凝土强度受侵蚀环境的影响较大，轴向极限荷载和荷载-轴向位移曲线与FRP条带种类和侵蚀环境作用次数有关。基于对侵蚀环境下FRP条带间隔约束效应、混凝土强度损伤系数及钢筋力学性能的研究与分析，提出了侵蚀环境下FRP条带加固损伤钢筋混凝土圆柱轴压承载力计算模型。
　　(4)通过FRP条带加固损伤钢筋混凝土圆柱偏压试验，分析了偏心距、锈蚀率和FRP条带种类对钢筋混凝土圆柱破坏形态、承载力、竖向应变和受压区高度的影响;采用连续的钢带代替分散布置的钢筋，并将圆形截面等效为矩形截面，提出了FRP条带加固损伤钢筋混凝土圆柱偏压承载力计算的数值模型，建立了钢带在不同屈服状态下FRP条带加固损伤钢筋混凝土圆柱偏压承载力的简化计算模型。

目录

声明

摘要

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 FRP复合材料研究

1.2.2 FRP约束损伤钢筋混凝土圆柱轴压性能研

1.2.3 FRP约束损伤钢筋混凝土圆柱偏压性能研究

1.2.4 侵蚀环境下FRP约束损伤钢筋混凝土圆柱的性能研究

1.3 存在的问题及主要研究内容

1.3.1 存在的问题

1.3.2 主要研究内容及技术路线

2 FRP条带的力学性能及其拉伸强度计算模型

2.1 引言

2.2 试验概况

2.2.1 试验材料

2.2.2 试件设计与制作

2.2.3 侵蚀环境

2.2.4 试验方法

2.3 试验结果与分析

2.3.1 试件破坏形态

2.3.2 FRP条带拉伸应力-应变关系曲线

2.3.3 常温环境下FRP条带的拉伸性能

2.3.4 冻融环境下FRP条带的拉伸性能

2.3.5 干湿环境下FRP条带的拉伸性能

2.4 FRP条带拉伸强度的计算模型

2.4.1 冻融环境作用下FRP条带拉伸强度

2.4.2 干湿环境作用下FRP条带拉伸强度

2.5 本章小结

3 FRP条带加固锈蚀损伤钢筋混凝土圆柱轴心受压性能及其承载力计算模型

3.1 引言

3.2 试验概况

3.2.1 试验参数设计

3.2.2 试验材料及混凝土配合比

3.2.3 试件制作

3.2.4 试件加载

3.2.5 钢筋锈蚀率测量

3.3 试验现象与结果分析

3.3.1 FRP条带加固锈蚀损伤钢筋混凝土圆柱破坏形态

3.3.2 裂缝宽度测量

3.3.3 FRP条带加固锈蚀损伤钢筋混凝土圆柱荷载-轴向位移曲线

3.3.4 FRP条带加固锈蚀损伤钢筋混凝土圆柱轴向荷载-应变曲线

3.3.5 FRP条带加固锈蚀损伤钢筋混凝土圆柱轴向荷载-锈蚀率关系

3.3.6 FRP条带加固锈蚀损伤钢筋混凝土圆柱中实际钢筋锈蚀率

3.4 FRP条带加固锈蚀损伤钢筋混凝土圆柱轴压承载力计算模型

3.4.1 FRP条带约束混凝土抗压强度计算模型

3.4.2 钢筋锈蚀后混凝土截面损失模型

3.4.3 锈蚀钢筋的强度模型

3.5 本章小结

4 侵蚀环境下FRP条带加固锈蚀损伤钢筋混凝土圆柱轴压性能及其承载力计算模型

4.1 引言

4.2 试验概况

4.2.1 试件的参数设计

4.2.2 试件的侵蚀环境

4.2.3 试件的制作

4.2.4 试件的加载

4.3 试验现象与结果分析

4.3.1 侵蚀环境对混凝土强度的影响

4.3.2 侵蚀环境下柱的极限荷载

4.3.3 侵蚀环境下柱的荷载-轴向位移

4.3.4 侵蚀环境下FRP条带加固柱的荷载-应变曲线

4.4 侵蚀环境下FRP条带加固锈蚀损伤钢筋混凝土圆柱轴压承载力计算模型

4.4.1 侵蚀环境下FRP条带约束混凝土轴心抗压强度计算模型

4.4.2 混凝土强度损伤系数

4.4.3 钢筋屈服强度折减系数

4.4.4 侵蚀环境下FRP条带加固锈蚀损伤钢筋混凝土圆柱轴压承载力计算模型

4.5 本章小结

5 侵蚀环境下FRP条带加固锈蚀损伤钢筋混凝土圆柱偏压性能及承载力计算模型

5.1 引言

5.2 试验概况

5.2.1 试件的参数设计

5.2.2 试件的加载

5.3 试验现象与分析

5.3.1 试验现象及破坏特征

5.3.2 承载力分析

5.3.3 荷载-纵向位移关系

5.3.4 荷载-受压区高度曲线

5.4 FRP条带加固锈蚀损伤钢筋混凝土圆柱偏压承载力计算模型

5.4.1 承载力计算的数值模型

5.4.2 承载力计算的简化方法

5.4.3 计算值与试验值的比较

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 主要创新点

6.3 展望

参考文献

附录

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢