二次受力下CFRP加固钢筋混凝土梁受弯性能的试验研究及数值分析

作     者：李志敬 

作者单位：郑州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高丹盈

授予年度：2006年

学科分类：08[工学] 081402[工学-结构工程] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 0814[工学-土木工程] 

主      题：碳纤维 钢筋混凝土梁 受弯承载力 刚度 全过程分析 数值模拟 

摘      要：碳纤维布(CFRP)是一种轻质高强、耐腐蚀性能好的高性能复合材料。碳纤维布加固技术与传统加固方法相比，具有施工便捷且施工质量容易保证等特点，近年来，已经逐渐被人们所认识并应用于土木建筑工程的加固修补中。但是，碳纤维布在混凝土加固方面的应用仍有很多理论问题亟待解决。本文主要对二次受力情况下碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受弯性能进行试验研究与理论分析。 本次试验共设计了17根截面尺寸为150mm×250mm，梁长为2600mm的试验梁，其中9根为碳纤维布加固的具有不同初始荷载的钢筋混凝土梁，6根为碳纤维布直接加固的钢筋混凝土梁，2根为对比钢筋混凝土梁。试验采用的混凝土强度等级为C25，主要变化参数为初始荷载及加载历史、CFRP加固量、纵筋配筋率、锚固措施等。试验中记录了裂缝的出现及开展，混凝土、钢筋及碳纤维应变，梁的挠度分布，试验梁的开裂荷载、每级荷载下的最大裂缝宽度、破坏荷载，观察了试验梁的破坏形式。 试验结果表明，经加固后的试验梁的正载面承载力有了显著的提高，刚度也得到明显加强。与未加固试验梁相比，试验梁的裂缝宽度、间距都较小。不同的初始荷载，使碳纤维产生不同的滞后应变，从而对试验梁的承载力、刚度及裂缝都产生一定的影响。CFRP粘贴层数对试验梁的加固效果也有很大的影响，CFRP粘贴层数越多，试验梁的承载力提高越大，但提高的幅度与粘贴层数并不是线性增长的。锚固措施对试验梁的承载力也有较大的影响，并直接影响碳纤维能否得到充分的发挥。本次试验出现了四种破坏形式：钢筋屈服后碳纤维的拉断破坏，钢筋屈服后混凝土的压坏破坏，钢筋屈服后混凝土的剥离破坏及胶层破坏。 在试验研究的基础上，将CFRP加固钢筋混凝土梁划分为若干个微单元，根据组成CFRP加固钢筋混凝土梁各材料的本构关系，通过数值方法，实现了对碳纤维布加固钢筋混凝土梁受弯全过程的数值模拟，其计算结果与试验所测得的结果符合较好。