钢筋混凝土梁局部未粘结片材加固下界面应力及刚度研究

论文摘要

纤维增强复合材料(简称FRP)由于其高强、轻质、抗腐蚀和耐疲劳、温度作用下的稳定性好等特点,在土木工程的加固与修复中显示出越来越大的优势。本文所研究的复合材料包括CFRP、GFRP、AFRP等片材,为对比片材与钢板的区别,分析中还将钢板也一并纳入分析,统称为片材。目前研究大都假定片材与梁之间的粘结是完全的,且粘结胶的厚度都是均匀的,实际上,由于施工现场的局限性和施工工艺的局限性,梁与片材界面的胶有不均匀性和非连续性的性质。已有的关于界面应力的理论和破坏模式已不能完全反映局部未粘结下的性能。由于混凝土、片材和粘胶层的材料力学性能存在很大的差异,其界面的力学性能也复杂,因此对局部未粘结片材下加固梁的研究具有重要的意义。本文将理论分析与有限元分析结合起来,研究了局部未粘结片材下加固梁界面的力学性能。 局部未粘结片材加固梁在加载后,片材端部会出现应力集中的现象,这是加固失败的主要原因,本文对加固后的梁在受力时片材端部的应力集中现象进行了理论分析,并应用ANSYS有限元计算软件进行了计算,得到了片材端部的应力分布曲线。本文还探讨了影响局部未粘结片材下加固梁界面应力的因素,这些因素包括:无粘结长度、片材的厚度、片材的弹性模量、片材的层数、粘胶层的厚度、粘胶层的弹性模量。并对局部未粘结钢板和FRP片材下的界面应力进行了分析比较。 由于目前大多数研究都假定加固梁中所有材料都是线弹性的,本文还考虑了混凝土的非线性性能及钢筋的作用,推导了局部未粘结FRP片材下界面应力的计算公式。同时还分析了局部未粘结FRP片材下加固梁的刚度变化和延性的变化等情况。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 结构加固的目的和意义
• 1.2 加固方法的综述
• 1.2.1 直接加固法
• 1.2.2 间接加固法
• 1.2.3 综合加固法
• 1.2.4 加固工作程序
• 1.3 外部粘贴加固法的研究现状
• 1.4 FRP用于结构加固的发展
• 1.5 局部未粘结加固的目的及意义
• 1.6 研究的主要内容
• 第2章 FRP片材局部未粘结下加固梁的界面应力公式
• 2.1 概述
• 2.2 剪应力公式的推导
• 2.2.1 材料本构关系的选取
• 2.2.2 剪应力微分方程的建立及求解
• 2.2.3 混凝土最大拉应变和FRP片材计算应变
• 2.2.4 FRP片材滞后应变
• 2.3 正应力公式的推导
• 2.3.1 正应力微分方程的建立及求解
• 2.3.2 边界条件的确定
• 2.4 程序的流程图
• 2.5 算例
• 第3章 界面应力的有限元分析
• 3.1 界面应力的有限元计算
• 3.1.1 局部未粘结FRP片材下加固梁的有限元模型
• 3.1.2 界面剪应力和正应力的收敛性
• 3.2 局部未粘结片材下影响界面应力的因素
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 无粘结长度d的影响
• 3.2.3 粘胶层厚度的影响
• 3.2.4 粘胶层弹性模量的影响
• 3.2.5 FRP片材厚度的影响
• 3.2.6 FRP片材的层数的影响
• 3.2.7 FRP片材弹性模量的影响
• 3.3 钢板局部未粘结下界面应力的影响因素
• 3.3.1 概述
• 3.3.2 无粘结长度d的影响
• 3.3.3 粘胶层厚度的影响
• 3.3.4 粘胶层弹性模量的影响
• 3.3.5 钢板厚度的影响
• 3.3.6 钢板层数的影响
• 3.3.7 钢板弹性模量的影响
• 3.4 同厚度的钢板与FRP片材的比较
• 3.5 局部未粘结下考虑混凝土非线性性能
• 3.5.1 线性与非线性的比较
• 3.5.2 影响界面应力的因素
• 3.6 对比分析
• 第4章 FRP片材局部未粘结下加固梁的刚度与延性
• 4.1 FRP片材局部未粘结下加固梁的刚度
• 4.1.1 前言
• 4.1.2 FRP片材局部未粘结下加固梁的刚度变化规律
• 4.1.3 FRP片材局部未粘结下加固梁的刚度变化分析
• 4.1.4 FRP片材局部未粘结下加固梁截面刚度的计算公式
• 4.2 FRP片材局部未粘结下加固梁的延性
• 4.2.1 前言
• 4.2.2 FRP片材局部未粘结下加固梁截面的延性
• 4.2.3 基本假定
• 4.2.4 矩形截面梁延性的计算
• 4.3 对比分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）