CFRP加固钢筋混凝土梁负载力学行为研究

摘要

本文对碳纤维布(CarbonFiberReinforcedPolymer,简称CFRP)加固钢筋混凝土梁在承受各种荷载下的力学行为及性能进行了研究。研究在进行试验的基础上,采用ANSYS进行有限元数字模拟以检验实验结果。试验前期,针对试验梁的预裂度、小车移动速度、荷载重、碳纤维的加固方式等各种因素,进行了正交试验设计,共制作了12根试验梁。然后依次进行了静载试验、活载试验和振动试验。1.静载试验,主要探究了无加固试验梁、完好加固梁以及各级预裂度条件下加固梁的开裂荷载、破坏荷载及承载力峰值的对比情况,和各工况下试验梁各测点的挠度、应变值的变化规律;2.活载试验,通过试验梁在等速移动小车激励下的响应公式,对各工况下试验梁的力学表现进行了理论分析,对比研究了各工况下试验梁的冲击系数,并将冲击系数与加固方式和结构负载之间的关系曲线,定义为冲击系数反应谱,绘出了各号试验梁的冲击系数反应谱,探究用CFRP加固钢筋混凝土梁对冲击系数的影响程度;3.振动试验,利用已有结构动力学知识,推导出本文中各号试验梁的固有频率和振型函数,将通过试验得到的各工况下试验梁的模态频率和阻尼与ANSYS有限元软件模拟得到的数值比较,以确定碳纤维在实际加固工程中对结构动力特性的改善情况,并导出了不同阻尼系数对结构固有振动模态的影响。试验研究结果表明:利用CFRP布加固钢筋混凝土结构,可以较好的帮助结构,特别是实际工程中已损结构承受各种荷载的作用;同时,其对结构固有各项力学行为指标的影响不大,因此,可作为一种新型加固材料推广使用。最后,对本文中涉及的问题进行了总结归纳,并就该问题的进一步研究提出了展望。

目录

致谢

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 碳纤维加固技术的发展历史与现状

1.1.1 混凝土加固技术发展的背景

1.1.2 CFRP 加固应用技术现状

1.2 CFRP 加固理论研究现状

1.2.1 欧洲的研究现状

1.2.2 北美的研究情况

1.2.3 日本的研究情况

1.2.4 国内的研究状况

1.3 本文研究的目的及内容

2 材料的物理力学性能

2.1 纤维布性能

2.2 底胶性能

2.3 施工方法

2.4 浸渍胶性能

2.5 浸渍胶施工方法

2.6 试验计划

2.6.1 钢筋混凝土实验梁混凝土表面处理

2.6.2 裁剪CFRP 碳纤维布

2.6.3 制备涂刷底胶和浸渍胶

2.6.4 养护

3 实验内容

3.1 正交试验设计（Orthogonal experimental design）简介

3.2 正交试验设计

4 静力试验

4.1 试件、试验设备和仪器

4.2 试验方案

4.3 试验步骤

4.4 理论分析

4.4.1 粘结剪应力分布分析

4.4.2 CFRP 布应变分布分析

4.5 试验数据记录

4.6 有限元模拟

4.7 结果分析

5 活载试验

5.1 试件、试验仪器

5.1.1 试件

5.1.2 实验仪器

5.2 试验方案

5.3 试验步骤

5.4 理论分析

5.5 试验结果

5.5.1 各工况下完整梁的冲击系数

5.5.2 各工况下预裂梁冲击系数

5.5.3 试验结果

5.5.4 冲击系数反应谱

5.6 有限元模拟

6 振动试验

6.1 试件、试验仪器

6.1.1 试件

6.1.2 实验仪器

6.2 试验方案

6.3 试验步骤

6.4 理论分析

6.5 试验结果

6.6 有限元模拟

结论

展望

参考文献

附录A ANSYS 命令流

附录B Matlab 程序

作者简历

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