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FRP筋力学性能及其混凝土梁受弯性能研究

作　者: 徐新生
导　师: 王铁成
学　校: 天津大学
专　业: 结构工程
关键词: FRP筋复合材料混凝土结构混杂效应数值分析拉伸性能锚固受弯性能
分类号: TU375.1
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 596次
引　用: 3次
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内容摘要

钢筋锈蚀是结构丧失承载力,影响预期使用寿命的主要因素,也是影响钢筋混凝土结构耐久性的一个重要问题。碳素、芳纶、玻璃等高性能连续纤维具有耐腐蚀、重量轻、强度高、抗电磁辐射、抗疲劳等一系列优良特性,采用拉挤工艺制成的FRP筋(Fiber Reinforced Plastics)可以替代或部分替代钢筋用于混凝土结构工程中,具有很高的开发价值。但是,FRP筋是弹性体,到达抗拉极限强度时突然断裂,用于普通混凝土梁时,没有屈服点和塑性阶段,会发生脆性破坏。因此,研究FRP筋力学性能及其混凝土梁抗弯性能,分析FRP筋混凝土梁在荷载作用下的弯曲性能和破坏机理,对结构设计具有重要的意义。本文研究了FRP筋的成型方法、锚固方法,研制开发了新的FRP筋;进行了FRP筋基本力学性能和FRP筋混凝土梁抗弯性能试验分析,对FRP筋混凝土受弯构件的受力变形全过程进行了有限元分析,结果表明:1.与钢筋相比,FRP筋抗拉强度高(本文CFRP筋抗拉强度为1779MPa,GFRP筋为993MPa),弹性模量低,延伸率小;单一纤维FRP筋拉伸破坏为断裂破坏,应力-应变关系破坏前基本呈直线关系,无明显的塑性阶段;提出了应力-应变本构模型及设计指标。2.两种抗拉强度、延伸率和极限应变均不相同的纤维混杂形成的HFRP筋,只要低延伸率纤维的体积数低于其临界体积数,二者混杂后的应力-应变关系就会出现类似于钢材的“屈服平台”;给出了HFRP筋临界体积数、抗拉强度、弹性模量设计公式。3.研究了FRP筋混凝土梁变形特征和破坏机理,截面应变基本符合平截面变化;初始裂缝宽度大,开展位置高,裂缝发展较快,分布均匀;挠度变化大,荷载-挠度曲线近似双直线变化;FRP筋的抗拉刚度(弹性模量×截面积)和梁的截面高度对挠度影响较大,混凝土强度和荷载类型的影响较小。4. FRP筋混凝土梁破坏分为两种破坏模式,基于平截面假定,提出了两种破坏模式下FRP筋混凝土梁正截面承载力计算公式;以双直线的弯矩-曲率关系模型为基础提出了挠度计算公式,与试验结果吻合较好。提出的FRP筋混凝土梁的设计方法可作为FRP筋混凝土梁的设计参考。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-40
  1.1 引言  7-8
  1.2 研究必要性及可行性  8-10
  1.3 FRP 筋的种类及主要特点  10-15
  1.4 FRP 筋混凝土结构发展状况  15-18
  1.5 FRP 筋力学性能及其混凝土结构性能研究现状  18-32
  1.6 FRP 在工程中的应用形式及工程实例  32-36
  1.7 研究课题的提出  36-38
  1.8 本文的主要研究内容  38-40
第二章 FRP 筋力学性能的试验及混杂效应理论分析  40-53
  2.1 概述  40
  2.2 FRP 筋的设计与制作  40-41
  2.3 FRP 筋的力学性能试验  41-43
  2.4 试验结果与分析  43-46
  2.5 FRP 筋混杂效应分析探讨  46-51
  2.6 本章小结  51-53
第三章 FRP 筋混凝土梁受弯性能试验研究  53-69
  3.1 概述  53
  3.2 试件设计与制作  53-57
  3.3 加载制度与仪表布置  57
  3.4 试验结果与分析  57-68
  3.5 本章小结  68-69
第四章 FRP 筋混凝土梁受弯性能的有限元分析  69-88
  4.1 概述  69
  4.2 ANSYS 有限元软件简介及其在混凝土结构中的应用  69-70
  4.3 ANSYS 程序的计算原理与方法  70-75
  4.4 试验试件的 ANSYS 模拟  75-86
  4.5 本章小结  86-88
第五章 FRP 筋混凝土梁受弯性能计算  88-106
  5.1 概述  88
  5.2 受弯承载力计算  88-94
  5.3 FRP 筋混凝土梁的裂缝宽度分析  94-98
  5.4 FRP 筋混凝土梁的挠度计算  98-106
第六章结论  106-109
参考文献  109-118
发表论文及参与科研情况  118-120
致谢  120

FRP筋力学性能及其混凝土梁受弯性能研究

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