碳纤维加固钢筋混凝土桥梁复合结构的力学行为分析

碳纤维加固钢筋混凝土桥梁复合结构的力学行为分析

论文题目: 碳纤维加固钢筋混凝土桥梁复合结构的力学行为分析

论文类型: 博士论文

论文专业: 道路与铁道工程

作者: 王树森

导师: 刘寒冰,程永春

关键词: 碳纤维,粘结强度,疲劳试验,非线性有限元,粘贴方式,桥梁加固

文献来源: 吉林大学

发表年度: 2005

论文摘要: 碳纤维加固钢筋混凝土桥梁是一项新型的结构加固技术,该项加固技术蕴涵着力学、化学、材料科学等多个学科的理论与方法。此项加固技术主要是将碳纤维这种高性能材料应用于土木工程领域,利用树脂类材料把碳纤维材料粘贴在混凝土结构的表面上,形成复合结构体,通过碳纤维材料与原混凝土结构的协同工作来达到对结构构件加固补强及改善力学性能的目的。此法具有巨大的社会效益和经济效益,必将具有广阔的应用前景。本论文主要结合交通部科技项目(2003353322100)——<<寒冷地区碳纤维复合材料加固修补钢筋混凝土桥梁的理论与试验研究>>的相关内容,依次进行了如下几个方面的理论与实验方面的研究工作:1、通过混凝土拉伸试验,去考察胶层部分的粘贴强度,研究了胶层部分的耐低温情况以及抗疲劳性能,为后一步的研究奠定了基础。2、从理论上分析了碳纤维加固混凝土梁的抗弯性能,并提出了预应力碳纤维的层合板理论。3、进行了6片试验梁的抗弯试验研究。通过试验,研究了碳纤维加固后的梁的变形规律及失效形式,以及不同粘贴方式对加固效果的影响。4、建立了一个科学的三维非线性有限元数值模型,完成了相应的数值分析工作。并且有限元数值模型的建立,使这种复合结构的分析和计算工作变得更完善。5、综合了以上的研究工作,有针对性地选取了洮白一号桥,完成了实桥加固工作。通过加固后的检测,表明了良好的加固效果,再次预示了此项加固技术具有广阔的应用前景。

论文目录:

第一章 绪论

1.1 碳纤维复合材料补强加固的技术特点

1.2 碳纤维加固钢筋混凝土梁国内外的研究现状

1.2.1 碳纤维加固钢筋混凝土梁国外的研究现状

1.2.2 碳纤维加固钢筋混凝土梁国内的研究现状

1.3 亟待解决的问题及本文的工作

1.3.1 亟待解决的问题

1.3.2 本文的主要工作

第二章 碳纤维加固钢筋混凝土梁界面粘结强度的精确测量与可靠性分析

2. 1 胶接部分构成及其破坏形式

2.2 常温情况下胶层粘结强度的测定与分析

2.2.1 粘结强度测定的原理与方法

2.2.2 剪切强度测定的基本试验

2.2.3 剪切强度试验结果

2.3 低温-25℃情况下胶层的剪切强度

2.4 胶层的疲劳实验

2.5 本章小结

第三章 碳纤维加固钢筋混凝土梁的解析计算法

3.1 受弯构件正截面承载能力计算的基本原则

3.1.1 基本假定

3.1.2 受压区混凝土力偶距的计算

3.2 单筋矩形截面受弯构件

3.3 试验梁承载能力计算

3.4 预应力碳纤维加固钢筋混凝土桥梁力学行为分析

3.5 本章小结

第四章 碳纤维加固钢筋混凝土梁变形规律的试验研究

4.1 模型梁设计与及复合梁制作

4.1.1 混凝土梁设计

4.1.2 碳纤维的粘贴方式

4.2 模型梁弯曲试验

4.2.1 仪器与设备

4.2.2 实验过程

4.3 弯曲实验结果

4.3.1 中截面应变沿梁高度变化分布趋势

4.3.2 跨中横截面邻近处碳纤维与混凝土表面处应变差

4.3.3 屈服载荷与极限载荷试验结果

4.3.4 各试验梁混凝土上表面处的荷载一压应变曲线对比趋势图

4.3.5 各试验梁的载荷—挠度曲线对比趋势图

4.3.6 碳纤维下表面沿梁长方向的应变

4.3.7 极限载荷试验结果与理论计算结果对比

4.3.8 试验梁的破坏过程及分析

4.4 本章小结

第五章 碳纤维加固混凝土梁抗弯性能的非线性有限元分析

5.1 有限元分析模型的建立

5.1.1 材料本构关系的选取

5.1.2 混凝土破坏准则

5.2 ANSYS 计算中的非线性分析、收敛分析及其方案

5.2.1 非线性方程组的求解

5.2.2 收敛准则

5.2.3 裂缝处理方式

5.3 碳纤维布加固混凝土梁的计算分析及结果比较

5.3.1 跨中横截面应变—载荷曲线图

5.3.2 跨中碳纤维与混凝土表面处应变差理论值与试验值对比

5.3.3 混凝土上表面的压应变

5.3.4 载荷与挠度关系试验结果

5.3.5 碳纤维下表面沿梁长度的应变

5.4 误差分析

5.5 裂缝分析

5.6 本章小结

第六章 洮白一号桥加固工程

6.1 洮白一号桥加固前的现状

6.2 桥梁结构性能与工作状态的评价

6.3 洮白一号桥加固方案

6.3.1 控制弯矩与布载形式

6.3.2 有限元方法设计

6.4 加固后的检测

6.4.1 试验项目

6.4.2 试验仪器

6.4.3 控制截面

6.4.4 加载方案及试验荷载内力计算

6.4.5 静载试验效率

6.4.6 实验结果

6.4.7 一年后的观测

6.5 本章小结

第七章 结论与展望

7.1 本文的主要结论

7.2 展望

参考文献

攻读博士工作期间发表论文的情况

致谢

摘要

A B S T R A C T

发布时间: 2006-01-17

参考文献

  • [1].既有钢筋混凝土桥梁安全性耐久性综合评估方法研究[D]. 杨则英.大连理工大学2004
  • [2].既有钢筋混凝土桥梁可靠性评估的若干问题研究[D]. 禹智涛.华南理工大学2003
  • [3].基于全寿命周期的近海钢筋混凝土桥梁结构抗震性能分析[D]. 张宇.大连理工大学2015
  • [4].钢筋混凝土桥梁加固后可靠性评估及剩余使用寿命的研究[D]. 段成晓.武汉大学2010
  • [5].在役钢筋混凝土桥梁承载能力退化数值模拟和维修需求预测[D]. 赵冬兵.同济大学2005
  • [6].考虑不确定性的钢筋混凝土桥梁地震易损性研究[D]. 吴文朋.湖南大学2016
  • [7].FRP加固钢筋混凝土简支T梁桥抗弯可靠度研究[D]. 解会兵.北京交通大学2016

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