论文题目: 纤维增强复合材料加固修复金属结构界面性能研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 结构工程
作者: 彭福明
导师: 郝际平,岳清瑞
关键词: 纤维增强复合材料,金属结构,界面应力,粘结性能,耐久性,应力强度因子,设计方法
文献来源: 西安建筑科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 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
论文目录:
1. 绪论
1.1 研究背景
1.2 FRP加固修复金属结构的特点
1.3 国外对FRP加固修复金属结构的研究
1.3.1 理论分析
1.3.2 试验研究
1.4 国内对 FRP加固修复金属结构的研究
1.5 目前主要存在的问题
1.6 本文的研究内容及创新性
参考文献
2. FRP加固修复金属构件的应力分析
2.1 轴向拉伸构件
2.1.1 应力分析
2.1.2 有效粘结长度
2.1.3 复合构件的刚度
2.2 受弯构件
2.2.1 界面应力分析
2.2.2 FRP的拉力
2.2.3 加固梁的挠度
2.3 金属管线
2.3.1 轴对称平面应变问题的基本方程
2.3.2 承受内压的缠绕FRP管线的应力应变计算
2.3.3 承受内、外压力的金属管线的应力应变计算
2.3.4 未损伤金属管线的应力分析
2.3.5 损伤金属管线加固前的应力分析
2.3.6 损伤金属管线加固后的应力分析
2.4 轴心受压钢管
2.4.1 弹性稳定分析
2.4.2 有限元分析
2.4.3 算例
2.5 本章小结
参考文献
3. FRP加固修复金属结构的基本问题
3.1 粘结机理
3.1.1 粘结的一般过程
3.1.2 粘结力的来源
3.2 金属材料
3.2.1 铸铁
3.2.2 钢
3.2.3 铝及铝合金
3.3 加固材料
3.3.1 纤维增强复合材料(FRP)
3.3.2 粘结材料
3.4 表面处理
3.4.1 金属材料的表面处理
3.4.2 FRP材料的表面处理
3.5 FRP与金属之间的荷载传递
3.5.1 影响因素分析
3.5.2 改善荷载传递效果的措施
3.6 FRP加固金属结构的耐久性
3.6.1 水分的影响
3.6.2 热老化
3.6.3 化学介质
3.6.4 应力作用
3.6.5 改善耐久性的途径
3.7 碳纤维与金属材料的电偶腐蚀
3.7.1 电偶腐蚀的基本知识
3.7.2 国内外关于碳纤维增强复合材料与金属电偶腐蚀的试验研究
3.7.3 碳纤维增强复合材料与金属电偶腐蚀的防护措施
3.8 本章小结
参考文献
4. 粘结性能试验研究
4.1 金属结构加固粘结材料的选择
4.1.1 第一阶段:粘结材料初步选择试验
4.1.2 第二阶段: FRP与金属之间的粘结性能试验
4.2 耐久性试验研究
4.2.1 碳纤维布的耐老化性能
4.2.2 FRP-金属粘结耐久性
4.3 碳纤维布加固钢板静力拉伸试验
4.3.1 试验材料
4.3.2 试件设计与制作
4.3.3 试验现象
4.3.4 试验结果及分析
4.3.5 粘结应力分析及有效粘结长度
4.3.6 试验结论
4.4 本章小结
参考文献
5. FRP加固金属结构的有限元分析
5.1 FRP加固金属裂纹板
5.1.1 断裂力学分析的关键技术
5.1.2 ANSYS中应力强度因子的计算
5.1.3 断裂力学参数分析
5.2 FRP加固含孔金属板
5.2.1 含孔金属板的受力分析及性能评估
5.2.2 FRP加固含孔金属板性能的参数分析
5.3 FRP加固受弯构件
5.4 FRP加固金属管线
5.5 本章小结
参考文献
6. FRP加固金属结构的设计建议及工程应用
6.1 设计公式的建立
6.1.1 FRP加固单轴拉伸构件
6.1.2 FRP加固受弯构件
6.1.3 FRP加固承受内压的金属管线
6.2 国内外FRP加固金属结构的工程实例
6.3 本章小结
参考文献
7. 结语及研究展望
7.1 本文研究工作总结
7.1.1 理论分析
7.1.2 试验研究
7.1.3 构造措施
7.2 本文的创新点
7.3 未来研究工作展望
致谢
附录
发布时间: 2006-07-20
参考文献
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