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FRP筋新建混凝土梁受弯性能研究

作 者: 张慧勇
导 师: 王勃
学 校: 吉林建筑工程学院
专 业: 结构工程
关键词: GFRP 力学性能 粘结性能 锚固 有限元分析
分类号: TU377
类 型: 硕士论文
年 份: 2012年
下 载: 36次
引 用: 2次
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内容摘要


增强纤维复合材料FRP筋轻质高强耐腐蚀的优良性能,是代替钢筋解决钢筋锈蚀问题,应用于土木工程的一个重要途径。FRP筋是一种最新型的纤维增强复合材料,它是用连续纤维(碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维以及混杂纤维)为增强材料,以环氧树脂等聚合物为基体,通过拉挤工艺而制造成的。FRP筋与钢筋最大的区别在于,FRP筋具有良好的耐腐蚀性能,这种性能就决定了FRP筋可以应用于桥梁、码头等潮湿环境中,或者海水等侵蚀环境中,或者变电所、飞机场等电力建设中。在现阶段人们对FRP筋的应用主要包括两个方面,第一是对旧建筑物进行维护以及加固,这是FRP筋的一个发展方向。第二就是在新建结构中直接运用FRP筋来代替钢筋。新建结构中,是通过FRP筋与混凝土之间的粘结力来传递内力的,而FRP筋与混凝土之间的粘结性能就成为影响混凝土构件变形性能、裂缝宽度、受力性能、破坏形态、以及承载力的主要因素。所以对我们来说提高FRP筋与混凝土之间的粘结性能成为至观重要的问题,这也是本文所研究的主要方面。本文采取了适量实验,设计了4根FRP筋混凝土梁,对复合材料FRP加筋混凝土结构进行了系统的研究,提出对单根GFRP筋在梁内分别进行中部锚固和端部锚固,来增强FRP筋和混凝土的粘结性能,以配筋方式、梁内GFRP筋的锚固方式为参数加工了1组4个FRP筋混凝土梁结构构件,采用两点加载,测定了FRP加筋混凝土构件的荷载—变形关系,混凝土构件破坏形式和破坏机理,以及裂缝开展情况;对比配筋方式的不用对FRP筋与混凝土之间粘结性能以及裂缝间距、裂缝宽度、以及最大变形的影响;还利用ANSYS有限元软件对GFRP筋混凝土梁进行了非线性分析。利用实验的参数建立自己所需要的有限元模型,完成对整个模型受力过程的模拟,最后结果与实验结果做比较,从而验证理论与实际的统一。根据理论结果以及实验结果的对比反推了钢管的长度,提出了梁内锚固钢管的计算长度方法。实验结果表明,在梁内对GFRP筋进行锚固,有利于提高FRP筋与混凝土之间的粘结性能,锚固部位的不同,对FRP筋混凝土梁的极限承载力提高的程度也不同。本文的实验结果,为以后的深入研究提供了一定的基础和依据。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-23
  1.1 序言  10-11
  1.2 FRP的种类和力学性能  11-18
    1.2.1 FRP的组成  11-13
    1.2.2 FRP的种类和特点  13-15
    1.2.3 FRP筋的力学性能  15-18
  1.3 FRP在国内外的研究现状和分析  18-22
  1.4 本文的研究工作  22-23
第2章 GFRP筋混凝土梁受弯性能试验研究  23-49
  2.1 概述  23
  2.2 GFRP筋混凝土梁弯曲试验  23-33
    2.2.1 材料的性能  23-25
    2.2.2 试件的设计  25-26
    2.2.3 试件的加工  26-27
    2.2.4 试件的锚固  27-31
    2.2.5 试件的加载  31-32
    2.2.6 数据的采集  32-33
  2.3 实验结果分析  33-47
    2.3.1 破坏形态  33-38
    2.3.2 极限承载力  38
    2.3.3 梁的荷载—挠度曲线  38-43
    2.3.4 裂缝开展情况的比较  43-44
    2.3.5 套筒长度的计算  44-47
  2.4 本章小结  47-49
第3章 GFRP筋混凝土梁抗弯性能的非线性有限元分析  49-61
  3.1 引言  49
  3.2 模型的单元类型  49-52
    3.2.1 混凝土单元  49-50
    3.2.2 GFRP筋和钢筋单元  50-51
    3.2.3 钢垫板  51-52
  3.3 混凝土的本构关系和破坏准则  52-53
  3.4 有限元模型的建立  53-56
    3.4.1 单元类型  53-54
    3.4.2 材料具体参数  54-55
    3.4.3 考虑影响模型收敛的因素  55-56
  3.5 有限元模型  56-60
    3.5.1 单元的划分  56-57
    3.5.2 约束和加载方式  57-58
    3.5.3 模拟结果的分析  58-60
  3.6 本章小结  60-61
第4章 结论与展望  61-65
  4.1 引言  61
  4.2 实验研究结论  61-63
  4.3 展望  63-65
参考文献  65-70
攻读硕士学位期间发表的学术论文  70-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 混凝土结构、钢筋混凝土结构 > 特种混凝土结构
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