碳纤维布加固箱梁的承载性能及温度效应分析

论文摘要

对既有结构的维修加固是结构工程目前面临的主要问题之一。而碳纤维布(CFRP)作为一种新型的复合材料,由于它的抗拉强度及弹性模量高、轻质、耐腐蚀、施工便利等优点,在土木工程中的加固补强等方面已得到了广泛的应用。箱梁广泛地应用于中等跨径和大跨径的公路桥及铁路桥上,由于箱形截面梁的自身受力特性,在内力计算中要考虑剪切变形引起的剪力滞效应影响。又因温度应力是引起混凝土箱梁裂损的重要因素,故碳纤维布加固后箱梁的温度效应成为目前国内外较为关注的热点问题。本文采用理论分析和有限元方法,对碳纤维布加固箱梁的承载性能及温度效应进行了分析,主要完成了以下工作：(1)在查阅国内外相关文献的基础上,对粘贴碳纤维布加固法的应用研究现状及存在的不足作了归纳总结。(2)基于钢筋屈服后混凝土压碎和钢筋屈服后CFRP拉断两种破坏模式推导出CFRP加固后箱梁的抗弯极限承载能力计算公式,为CFRP加固钢筋混凝土箱梁抗弯设计和工程应用提供了理论依据。(3)通过日照辐射和均匀变温对CFRP加固后的混凝土箱梁加载,利用平截面假定和自平衡力系建立温度自约束变形方程及温度自应力解析式,验证了该解析式具有通用性,同样适用于未经加固的混凝土箱梁。(4)应用ANSYS有限元计算软件,对CFRP加固前后的简支箱梁在跨中承受集中荷载进行模拟分析,得到箱梁模型的变形、裂缝发展情况及混凝土、钢筋、CFRP的应力分布,结果表明经CFRP加固后箱梁的承载性能有所提高。(5)对CFRP加固的简支箱梁在温度荷载作用下进行模拟分析,将其计算结果与理论值比较,吻合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的意义
• 1.2 桥梁的加固方法
• 1.3 粘贴碳纤维布加固法
• 1.3.1 碳纤维布加固桥梁结构的优越性
• 1.3.2 研究现状
• 1.3.3 应用现状
• 1.3.4 存在的不足
• 1.4 本文研究的主要内容
• 2 碳纤维布加固箱梁的抗弯承载力及温度自应力分析
• 2.1 箱形梁的特点
• 2.1.1 结构特点
• 2.1.2 受力特点
• 2.1.3 剪力滞
• 2.2 碳纤维布加固钢筋混凝土箱梁的抗弯极限承载力
• 2.2.1 基本假定
• 2.2.2 计算模型分类
• 2.2.3 加固前梁体的受力特征及初始应变量
• 2.2.4 考虑初始应变的抗弯极限承载力
• 2.3 碳纤维布加固混凝土箱梁的温度自应力
• 2.3.1 温度自约束变形方程
• 2.3.2 日照辐射
• 2.3.3 均匀变温
• 2.4 小结
• 3 考虑材料非线性的碳纤维布加固箱梁的有限元分析
• 3.1 钢筋混凝土的有限元模型
• 3.2 碳纤维布加固混凝土箱梁的各种材料本构关系
• 3.2.1 混凝土
• 3.2.2 钢筋
• 3.2.3 碳纤维布
• 3.2.4 垫板
• 3.2.5 破坏准则
• 3.3 材料参数的选取
• 3.3.1 混凝土
• 3.3.2 钢筋
• 3.3.3 碳纤维布
• 3.3.4 垫板
• 3.4 裂缝的处理
• 3.5 有限元模型的建立
• 3.5.1 有限元单元的选取
• 3.5.2 箱梁模型
• 3.6 小结
• 4 碳纤维布加固箱梁分析实例
• 4.1 分析方案
• 4.1.1 箱梁模型
• 4.1.2 分析方案
• 4.2 跨中承受集中荷载的钢筋混凝土简支箱梁
• 4.2.1 加载方式
• 4.2.2 有限元计算结果分析
• 4.3 温度荷载作用的混凝土简支箱梁
• 4.3.1 箱梁变形
• 4.3.2 混凝土应力
• 4.3.3 碳纤维布应力
• 4.4 小结
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 需要进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果