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CFRP嵌入式加固钢筋混凝土结构研究及在基坑工程中的应用探索

作　者: 钱波
导　师: 夏建中
学　校: 浙江工业大学
专　业: 岩土工程
关键词: CFRP 加固钢筋混凝土结构 ABAQUS 基坑工程
分类号: TU375
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

东南大学吕志涛院士指出,未来将会有许多工程需要进行一定的修复和加固,研究如何选取更经济,更合理的材料,将是未来加固领域研究的趋势。经历二十多年以来的发展,碳纤维增强复合材料(CFRP)在建筑结构和桥梁工程修复加固领域均得到了广泛的应用。CFRP复合材料因其自身具备的轻质、高强、耐腐蚀性以及耐疲劳性等优势,在结构加固领域逐步代替粘贴钢板、增大截面法等传统的加固方式。鉴于此,研究CFRP加固钢筋混凝土结构构件,研究CFRP在工程领域的应用显得尤为必要。本文通过进行CFRP嵌入式加固钢筋混凝土梁和异形柱,控制初始裂缝的研究,展开了大量试验工作,取得较好的试验结果。接着以通用的有限元分析软件ABAQUS为求解核心,根据自己的试验,模拟分析考虑了许多因试验误差引起的问题,得到了较好的解答。最后,将CFRP加固技术,以基于有限元模拟的形式,模拟探索了CFRP复合材料应用于基坑支撑加固和优化设计中,主要包括：(1)、本文对研究较少的NSM加固法,采用CFRP进行对比试验研究,对钢筋混凝土梁和异形柱进行了大量的试验研究和分析,探究了加固前后的极限荷载及应变等指标开展变化；(2)、采用ABAQUS有限元分析软件,对CFRP加固钢筋混凝土梁和柱进行了大量的有限元模拟分析,有效地模拟了试验开展,可以进一步指导试验和理论研究；(3)、提出了关于新型的碳纤维(CFRP)加固方法,采用了在偏心异形柱受拉破坏一侧黏贴碳纤维板,在受压破坏一侧植入碳纤维筋的加固方法。研究了组合式碳纤维加固钢筋混凝土柱的性能与效果；(4)、针对基坑施工时,在支撑施工上花费较大的费用和出现的基坑周围位移控制加固,提出基于ABAQUS软件模拟CFRP材料在基坑中的应用可行性研究,探索在支撑轴力不足时加固支撑,和初始设计时采用基坑支撑梁中植入钢筋和FRP筋的组合,减少基坑支撑梁的尺寸和配筋,综合考虑其经济性,探索研究其可行性。最后,研究结果表明,CFRP采用NSM法加固钢筋混凝土结构可以有效地改善钢筋混凝土结构的极限承载力,且对结构的延性有较大的帮助,可有效地抑制裂缝的扩展；本文基于ABAQUS平台模拟CFRP加固钢筋混凝土结构,可有效地模拟试验过程,具有较好的可行性；有限元模拟CFRP材料在基坑中的应用,表明CFRP在基坑工程中有一定的可行性和经济性,值得进一步探索其实用性。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-12
第一章绪论  12-24
  1.1 论文选题的背景和意义  12-13
  1.2 现阶段结构加固改造方法及对比  13-16
    1.2.1 增大截面法  13-14
    1.2.2 粘钢法  14
    1.2.3 预应力下撑拉杆加固法  14-15
    1.2.4 粘结外包型钢加固法  15
    1.2.5 FRP复合纤维材料加固法  15-16
  1.3 FRP加固混凝土结构技术的发展及优缺点  16-18
  1.4 FRP加固钢筋混凝土结构研究现状  18-21
    1.4.1 FRP加固钢筋混凝土梁性能研究现状  18-20
    1.4.2 FRP加固钢筋混凝土柱性能研究现状  20-21
    1.4.3 FRP加固钢筋混凝土结构设计规程现状  21
  1.5 本文研究的主要内容和创新点  21-24
第二章 CFRP加固钢筋混凝土梁试验性能分析与研究  24-51
  2.1 试验概况  24-25
    2.1.1 材料性能  24-25
    2.1.2 加固方法  25
  2.2 受损混凝土梁FRP嵌入式加固试验方案  25-28
  2.3 预裂过程  28-38
    2.3.1 实验器材  28-29
    2.3.2 预裂前期准备  29-31
    2.3.3 预裂过程  31-33
    2.3.4 预裂分析  33
    2.3.5 预裂数据  33-35
    2.3.6 预裂加载数据分析  35-38
  2.4 CFRP加固受损钢筋混凝土梁过程详析  38-41
    2.4.1 开槽  38-39
    2.4.2 纤维板备置与粘贴应变片  39
    2.4.3 外接导线  39
    2.4.4 上环氧树脂  39-40
    2.4.5 槽内注结构胶  40-41
  2.5 试验结果及分析  41-50
    2.5.1 加固后实验结果  41-42
    2.5.2 加固后加载数据和现象分析  42-48
    2.5.3 加固后试验数据综合分析  48-50
  2.6 本章小结  50-51
第三章 CFRP加固钢筋混凝土柱试验性能分析与研究  51-71
  3.1 试验概况  51-52
    3.1.1 材料性能  51-52
    3.1.2 加固方法  52
  3.2 偏压柱嵌入式与植筋组合加固方式试验方案  52-55
  3.3 预裂过程  55-61
    3.3.1 预裂前期准备  55-59
    3.3.2 混凝土异形柱预裂过程  59-61
  3.4 加载数据及分析  61-68
    3.4.1 加载及预裂所采集的数据及图表  61-67
    3.4.2 试验数据分析  67-68
  3.5 本章小结  68-71
第四章基于ABAQUS分析CFRP加固钢筋混凝土梁柱的有限元模拟  71-86
  4.1 关于FRP加固的有限元模拟研究现状  71-73
    4.1.1 FRP加固钢筋混凝土梁有限元模拟研究现状  71-72
    4.1.2 FRP约束钢筋混凝土柱有限元模拟研究现状  72-73
  4.2 ABAQUS 6.10.1有限元程序简介  73-74
  4.3 CFRP加固钢筋混凝土梁的有限元模拟  74-77
    4.3.1 有限元模型建立  74
    4.3.2 混凝土损伤塑性模型参数与各构件参数选取  74-75
    4.3.3 分析步与加载  75
    4.3.4 求解与可视化  75-76
    4.3.5 CFRP加固梁曲线对比  76-77
  4.4 CFRP加固钢筋混凝土柱的有限元模拟  77-85
    4.4.1 有限元模型建立  78-79
    4.4.2 混凝土损伤塑性模型参数与各构件参数选取  79-80
    4.4.3 分析步与加载  80-83
    4.4.4 求解与可视化  83
    4.4.5 加固柱的荷载-位移曲线对比  83-85
  4.5 本章小结  85-86
第五章基于ABAQUS模拟CFRP复合材料在基坑工程中的应用  86-97
  5.1 前言  86
  5.2 工程背景及地质资料  86-89
    5.2.1 工程背景  86-88
    5.2.2 地质资料  88-89
  5.3 工程设计方案  89-90
  5.4 有限元模拟  90-94
    5.4.1 有限元模型分析  90-93
    5.4.2 基坑中部件本构模型选取  93
    5.4.3 CFRP应用之基坑加固  93
    5.4.4 CFRP应用之初始组合设计  93-94
  5.5 有限元模拟及结果分析  94-95
  5.6 探讨CFRP在基坑工程中的应用前景及本章小结  95-97
第六章结论与展望  97-100
  6.1 本文主要结论  97-99
  6.2 本文研究不足之处及后续研究建议  99-100
参考文献  100-106
致谢  106-107
作者简介  107-108
攻读硕士学位期间发表的文章  108
攻读硕士学位期间参与的项目  108

CFRP嵌入式加固钢筋混凝土结构研究及在基坑工程中的应用探索

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