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FRP复合材料与混凝土的粘结性能有限元分析

作　者: 廖志刚
导　师: 姚谏
学　校: 浙江大学
专　业: 结构工程
关键词: FRP复合材料有限元单剪试件粘结性能影响因素
分类号: TU599
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

FRP复合材料(fiber-reinforced plastic/polymer composites),以其轻质、高强、耐腐、抗疲劳等诸多优点,在各国被广泛用于结构加固。FRP与混凝土间的粘结性能,是实现FRP与混凝土间荷载传递和共同工作的重要前提,因此是FRP加固混凝土结构研究领域的一个重要课题。本文首先通过对FRP表层嵌贴混凝土的单剪试件进行线弹性有限元模拟,对试件界面各应力分量的影响因素,如支座高度、FRP嵌贴长度、FRP弹性模量、槽宽、胶层弹性模量、混凝土强度等级等,进行深入细致的分析;其次,通过非线性有限元分析,对FRP表层嵌贴混凝土单剪试件在不同嵌贴长度下的界面受力、极限荷载作了简要讨论;最后,对FRP表面粘贴混凝土的单剪试件进行非线性有限元分析,对FRP-混凝土宽度比较大、发生拉剪破坏这一破坏模式时的极限承载力影响因素进行了探索。研究成果表明:(1)FRP表层嵌贴混凝土试件的界面受力性能要优于FRP表面粘贴;(2)界面受力情况与FRP、胶层及混凝土三者的相对刚度有关;(3)随着嵌贴长度的增加,FRP嵌贴混凝土单剪试件的极限承载力近似线性增加;(4)初步得到了FRP表面粘贴混凝土单剪试件的拉剪破坏极限承载力计算公式。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-10
1 绪论  10-17
  1.1 背景  10-11
  1.2 FRP加固技术  11-16
    1.2.1 FRP材料  11-12
    1.2.2 FRP表面粘贴加固法  12-13
    1.2.3 FRP嵌贴加固法  13-15
    1.2.4 FRP嵌贴加固法应用现状  15-16
  1.3 本文研究目的与内容  16-17
2 粘结机理研究概况  17-37
  2.1 引言  17
  2.2 钢筋及FRP筋混凝土粘结机理研究  17-20
    2.2.1 钢筋混凝土粘结机理  17-20
    2.2.2 FRP筋粘结性能  20
  2.3 混凝土表面粘贴FRP加固的粘结机理简介  20-22
    2.3.1 试验方法  20-21
    2.3.2 理论研究  21-22
  2.4 混凝土表层嵌贴FRP的粘结机理研究总结与探讨  22-33
    2.4.1 试验方法及试验汇总  22-25
    2.4.2 破坏模式  25-26
    2.4.3 影响粘结性能的主要因素  26-27
    2.4.4 理论分析  27-33
  2.5 FRP加固混凝土的有限元分析  33-37
3 FRP嵌贴加固混凝土的弹性有限元分析  37-83
  3.1 概述  37-38
  3.2 有限元模型的建立  38-42
  3.3 FRP嵌贴加固混凝土单剪试件的初步分析  42-49
    3.3.1 FRP中的正应力分析  42-43
    3.3.2 界面应力分析  43-45
    3.3.3 沿FRP宽度方向的应力分布  45-47
    3.3.4 粘结微分方程分析  47-49
  3.4 FRP嵌贴加固混凝土的界面应力影响因素分析  49-70
    3.4.1 支座高度的影响  50-52
    3.4.2 嵌贴长度的影响  52-56
    3.4.3 FRP弹性模量的影响  56-58
    3.4.4 槽宽的影响  58-60
    3.4.5 胶弹性模量的影响  60-62
    3.4.6 混凝土弹性模量的影响  62-66
    3.4.7 混凝土宽度的影响  66-70
    3.4.8 界面应力影响因素分析小结  70
  3.5 弹性有限元分析的小结与讨论  70-80
    3.5.1 胶层中界面剪应力分析  71-74
    3.5.2 FRP中正应力分析  74-76
    3.5.3 混凝土中第一主应力分析  76-80
  3.6 本章小节  80-83
4 FRP嵌贴加固混凝土的非线性有限元分析  83-112
  4.1 概述  83
  4.2 有限元模型的建立  83-95
    4.2.1 Solid65单元简介  83-86
    4.2.2 非线性有限元模型的建立及求解要点  86-89
    4.2.3 不同建模方案的选择  89-90
    4.2.4 非线性有限元建模  90-93
    4.2.5 剪力传递系数的调整  93-95
  4.3 非线性有限元分析  95-110
    4.3.1 荷载-位移曲线与极限荷载  95-97
    4.3.2 破坏模式  97-100
    4.3.3 混凝土拉剪破坏初探  100-101
    4.3.4 FRP中的正应力  101-105
    4.3.5 胶层中的剪应力  105-110
  4.4 本章小结  110-112
5 FRP表面粘贴混凝土单剪试件的拉剪破坏分析  112-125
  5.1 研究背景  112-113
  5.2 初步理论分析  113-115
  5.3 有限元建模  115-118
    5.3.1 有限元模型的基本信息  115-116
    5.3.2 剪力传递系数的调整  116-118
  5.4 拉剪破坏承载力的影响因素分析  118-123
    5.4.1 FRP-混凝土宽度比的影响  119-120
    5.4.2 FRP厚度与弹性模量的影响  120-121
    5.4.3 数据拟合  121-123
  5.5 本章小结  123-125
6 结论与深入研究的建议  125-128
  6.1 结论  125-126
  6.2 深入研究的建议  126-128
参考文献  128-135
作者简介  135

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