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玻璃纤维（GFRP）加固混凝土拱试验研究

作　者: 张耀
导　师: 杨庆国
学　校: 重庆交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 挠度开裂荷载极限承载力最大拉应力
分类号: U445.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

钢筋混凝土拱式桥在公路桥梁工程中得到了广泛的应用,随着经济的进一步发展,交通量的日渐增加,加上修建时的设计指标偏低、施工质量缺陷等因素,造成现在相当部分的拱式桥桥梁损坏,降低了结构承载力,严重影响了桥梁的安全使用。尽管我国目前桥梁加固工程已经有了广泛的研究,但是对于拱桥损坏、加固全过程研究较少,尤其是GFRP材料作为一种阻裂增强层在拱式桥加固的研究更少。因此对钢筋混凝土拱式桥进行全过程加固研究就显得特别有意义。本文制作了4片钢筋混凝土拱,其中一片作为对比拱、其余三片拱采用三种不同粘贴形式(I型、U型、环形),对4片钢筋混凝土拱及损坏后用GFRP片材加固拱,进行了静态加载破坏试验。对第一片钢筋混凝土拱进行加载直至破坏,后面三片拱在加载裂缝最大宽度达到0.2mm后,停止加载,用CH4-1胶灌封、养护,采用三种GFRP粘结方式加固,研究加固前后荷载挠度、刚度、开裂荷载、裂缝扩展、破坏形式、极限承载力等。对钢筋混凝土拱桥经过GFRP加固后的承载力、跨中位移、裂缝扩展、破坏形式规律进行总结。最后在试验研究基础上,运用有限元软件ANSYS对钢筋凝混凝土拱加载、开裂、GFRP加固、加固后开裂、破坏进行模拟,理论上计算GFRP方式加固后钢筋凝混凝土拱的开裂荷载、极限荷载、裂缝变化规律等。经过与试验结果的对比分析、验证了模型正确性,最后对GFRP加固拱的承载力的有限元计算方法提出一些建议,进一步完善了GFRP加固拱理论计算。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-17
  1.1 拱式桥的发展状况  9-11
    1.1.1 拱式桥的外形构造和结构受力特点  9-10
    1.1.2 拱式桥加固的重要性  10
    1.1.3 拱式桥中常见病害特征  10-11
  1.2 GFRP材料的发展现状和材料特性  11-12
    1.2.1 GFRP材料的组成成分、力学性能  11-12
    1.2.2 GFRP材料在加固工程的应运现状  12
  1.3 现有拱式桥加固技术研究  12-15
    1.3.1 国内外拱式桥梁加固技术研究现状  12-13
    1.3.2 国内外现有的拱式桥梁加固技术  13-15
  1.4 选题依据和主要研究内容  15-17
    1.4.1 本文的选题依据  15-16
    1.4.2 本文的主要研究内容  16-17
第二章 GFRP加固钢筋混凝土混凝土拱试验  17-34
  2.1 试验背景  17
  2.2 试验目的  17
  2.3 试验设计  17-21
    2.3.1 试验拱的尺寸、材料设计、加载点布置  17-18
    2.3.2 试验中GFRP纤维布在拱中的黏贴位置设计  18-19
    2.3.3 试验拱的分组  19-21
  2.4 GFRP加固钢筋混凝土拱制作过程  21-27
    2.4.1 GFRP加固钢筋混凝土拱试验材料  22-23
    2.4.2 普通钢筋混凝土试验拱的制造、养护  23-24
    2.4.3 普通钢筋混凝土拱的进行灌缝处理  24-25
    2.4.4 玻璃纤维布的粘结  25-27
  2.5 加载破坏试验  27-34
    2.5.1 混凝土强度、弹性模量的量测  27-28
    2.5.2 试验仪器  28-29
    2.5.3 加载方案  29-32
    2.5.4 关键试验结果数据量测  32-34
第三章 GFRP加固钢筋混凝土拱试验结果及分析  34-59
  3.1 普通钢筋混凝土拱试验结果  34-36
    3.1.1 普通钢筋混凝土拱荷载—挠度曲线分析  34-35
    3.1.2 普通钢筋混凝土拱破坏形态分析  35
    3.1.3 普通钢筋混凝土拱破坏过程  35-36
  3.2 I型GFRP加固拱与普通钢筋混凝土拱对比分析  36-42
    3.2.1 破坏过程描述  36-38
    3.2.2 荷载挠度曲线分析  38-39
    3.2.3 承载力分析  39
    3.2.4 结构刚度、变形性能分析  39-40
    3.2.5 破坏形态分析  40-41
    3.2.6 裂缝扩展分析  41-42
    3.2.7 对比分析结论  42
  3.3 U型GFRP加固拱与普通钢筋混凝土拱对比分析  42-48
    3.3.1 破坏过程描述  42-44
    3.3.2 荷载挠度曲线分析  44
    3.3.3 承载力分析  44-45
    3.3.4 结构刚度、变形性能分析  45-46
    3.3.5 破坏形态分析  46
    3.3.6 裂缝扩展分析  46-47
    3.3.7 对比分析结论  47-48
  3.4 环型GFRP加固拱与普通钢筋混凝土拱对比分析  48-52
    3.4.1 破坏过程描述  48-49
    3.4.2 荷载挠度曲线分析  49
    3.4.3 承载力分析  49-50
    3.4.4 结构刚度、变形性能分析  50
    3.4.5 破坏形态分析  50-51
    3.4.6 裂缝扩展分析  51-52
    3.4.7 对比分析结论  52
  3.5 I型、U型、环型GFRP加固拱荷载-位移曲线对比分析  52-54
  3.6 I型、U型、环型GFRP加固拱变形性能对比分析  54
  3.7 I型、U型、环型GFRP加固拱中GFRP应变分析  54-56
  3.8 I型、U型、环型GFRP加固拱开裂荷载、极限荷载  56-57
  3.9 本章小结  57-59
第四章 GFRP加固钢筋混凝土拱的有限元计算分析  59-82
  4.1 有限元计算原理、内容  59
  4.2 有限元模型的建立  59-70
    4.2.1 有限元模型建立步骤  59
    4.2.2 建模中关键问题的处理  59-60
    4.2.3 单元类型选择  60-64
    4.2.4 材料本构关系及参数的建立  64-67
    4.2.5 有限元模型的建立  67-70
  4.3 有限元计算结果分析  70-80
    4.3.1 开裂荷载下跨中荷载挠度分析  70-71
    4.3.2 GFRP加固拱开裂荷载、极限荷载对比  71-72
    4.3.3 开裂荷载作用下GFRP加固拱应力分析  72-74
    4.3.4 相同荷载作用下GFRP加固拱裂缝分布对比  74-76
    4.3.5 相同荷载下混凝土压应力对比分析  76-78
    4.3.6 极限荷载作用下下GFRP应力、应变对比  78-80
  4.4 本章小结  80-82
第五章 GFRP加固钢筋混凝土拱的极限承载力计算方法研究  82-86
  5.1 计算研究的意义  82
  5.2 有限元中求解极限承载力  82-83
    5.2.1 有限元建模思路  82-83
    5.2.2 GFRP加固拱极限承载力的确定  83
  5.3 GFRP加固拱截面强度计算研究  83-85
  5.4 本章小结  85-86
第六章结论及展望  86-88
  6.1 结论  86-87
  6.2 展望  87-88
致谢  88-90
参考文献  90-91
在学期间发表的论著及取得的科研成果  91

玻璃纤维（GFRP）加固混凝土拱试验研究

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