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碳纤维加固混凝土箱梁剪力滞效应分析
| 论文题名： | 碳纤维加固混凝土箱梁剪力滞效应分析 |
| 关键词： | 混凝土箱梁;截面应力;剪力滞;碳纤维布加固;有限元法 |
| 摘要： | CFRP作为一种高性能材料，具有优异的物理性能，已成为加固桥梁结构的热门材料，对其加固效果以及加固理论研究是有关专家们的重要研究课题。对于箱形梁而言，由于其剪力滞效应的影响，使得其分析计算与一般梁有很大不同。因此，对于钢筋混凝土箱梁，在碳纤维布对其加固情况下，研究其截面应力变化显得意义重大。 本文根据最小势能原理，以换算截面法为基础，在保持碳纤维加固钢筋混凝土箱梁抗压及剪切性能不改变的情况下，推导换算截面的应力求解表达式。利用等效荷载原理，分析了预应力钢筋对碳纤维加固混凝土箱梁剪力滞的影响。通过建立有限元模型，分析了碳纤维布与混凝土之间在滑移效应的影响下，混凝土箱梁的剪力滞状况。 对碳纤维布加固混凝土箱梁在集中荷载下的受力情况进行了分析研究，并用Ansys建立了有限元模型。然后将箱梁加固前后，理论计算值与有限元分析值的在不同工况下分别进行了对比。经对比发现:箱梁经碳纤维布加固后，跨中以及1/4跨顶底板腹板位置处产生的位移要略大于顶底板远离腹板处的位移;经加固后箱梁顶底板整体产生的位移要明显小于未加固时的位移。加固前后，箱梁底板应力在沿底板横向的中心处为最小，远离中心处逐步增大;箱梁顶板在接近腹板位置应力局部突然增大，出现应力集中现象，在远离腹板处逐渐减小。经加固后，箱梁顶板应力也相应的减小，并且理论推导与模型试验结果基本吻合。通过CFRP加固后，跨中顶板混凝土应力相比加固前应力平均减小21％左右。加固后跨中底板混凝土应力相比加固前应力平均减小14％左右。 根据碳纤维与混凝土之间的粘结滑移本构关系，采用弹簧单元，建立了考虑滑移效应的有限元模型。分别提取了箱梁跨中与1/4跨顶、底板的挠度值与应力值，并且与混凝土和碳纤维布之间固结模型进行了对比，发现在考虑滑移后，无论1/4跨还是跨中，混凝土顶底板的挠度和应力都相应有不同程度的增大。 根据力的平衡关系以及受弯构件承载力计算的基本原则，推导了碳纤维布加固混凝土箱梁在弯曲荷载作用下，当截面受压区在箱梁上翼缘板内时，有关碳纤维布用量的计算方法。并用算例与规范中给出的碳纤维布加固混凝土用量计算公式进行了对比。结果表明，本章所推导的公式对于受压区在上翼缘板内的箱梁进行碳纤维布加固时，求解碳纤维布的用量问题具有一定的实用性。 |
| 作者： | 宗怀慧 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 丁南宏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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