原文传递
曲面构件CFRP-混凝土复合界面分析方法及模型试验研究
| 论文题名： | 曲面构件CFRP-混凝土复合界面分析方法及模型试验研究 |
| 关键词： | 碳纤维布;混凝土界面;曲面构件;桥梁加固;极限承载力 |
| 摘要： | 碳纤维材料（CFRP）加固技术，以其优良的材料性能和简易的施工方法，被广泛应用于混凝土桥梁结构的加固工程中，碳纤维材料与混凝土的界面粘结性能研究迅速成为桥梁加固领域的热点和难点。通过对大量相关文献的查阅发现，已有的研究成果大多是基于等截面构件的模型试验，且试验结果离散性较大，缺乏理论依据。因此，本文以碳纤维布（CFRP）加固曲面构件为研究对象，对26个不同曲率的混凝土曲面构件进行剪切试验，研究了曲面构件CFRP-混凝土界面的粘结破坏特征、极限承载力影响因素以及应力(应变)分布规律等问题。同时，对3个钢筋混凝土（RC）拱肋（RCA-1为对比拱、RCA-2和RCA-3为加固拱）进行抗弯试验，研究了在不同的加固方式下，结构的破坏形态、裂缝分布规律、极限承载能力提升效果等问题。 在界面粘结试验中，分别以混凝土强度等级、粘结层数、粘结长度和曲率为参数，对曲面构件的极限承载能力提升效果进行分析发现，CFRP粘结层数和曲率对构件极限承载力的影响较大，而混凝土强度等级和粘结长度的影响则较小，曲面构件加固效果随着曲率的减小而增大，即结构越平坦承载力提升越明显。曲面构件的界面破坏形态主要包括沿裂缝向两侧的剥离破坏、拉断破坏和沿裂缝向单侧的剥离破坏。在实际加固工程中，应严格按照CFRP的粘结工艺，并采用合理的锚固措施，避免沿裂缝向单侧的剥离破坏现象产生。 在CFRP加固混凝土拱模型试验中，采用不同的加固方式，即拱顶下表面和拱肩上表面同时加固方式以及仅加固拱顶下表面的方式发现，考虑整体效果的加固较局部加固方式，其结构极限承载能力明显提高。采用CFRP加固能够有效减小拱顶下挠，抑制裂缝的开展和扩张，提高结构整体刚度。 由于曲面构件的界面粘结力是粘结剪应力和剥离正应力耦合作用，等截面构件的粘结滑移本构模型和粘结强度模型已不再适用。通过对已有粘结滑移本构模型和粘结强度模型的对比，分别对陆新征提出的粘结滑移本构模型和粘结强度模型进行了修正，提出了考虑曲率影响的CFRP-混凝土界面粘结滑移本构模型和粘结强度模型，并根据弹性力学和结构力学相关理论，推导出了曲面构件CFRP-混凝土复合界面应力解析式。 采用非线性有限元软件Midas FEA，对CFRP加固RC拱肋进行了全过程仿真模拟，通过对有限元结果（包括荷载-挠度曲线、钢筋应变、CFRP应变）与试验结果进行对比分析，验证了有限元模型合理性，并为以后相关的数值分析提供借鉴与指导。 |
| 作者： | 张智晖 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 贺拴海 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 长安大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
