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frp/钢-混凝土组合梁抗弯性能研究

FRP/钢-混凝土组合梁抗弯性能研究

引用

作者：胡龙泳武汉理工大学

学位级别：硕士

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,frp)因其轻质、高强、耐腐蚀等优越的性能,学者们对其进行了大量力学性能的研究,在桥梁结构中也得到广泛应用,但其刚度低、延性差、脆性破坏等缺点同样不容忽视。而钢材具有高弹模、延展性... 详细信息

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,frp)因其轻质、高强、耐腐蚀等优越的性能,学者们对其进行了大量力学性能的研究,在桥梁结构中也得到广泛应用,但其刚度低、延性差、脆性破坏等缺点同样不容忽视。而钢材具有高弹模、延展性好但易腐蚀的特点,可见二者具有极强的互补性,因此本文考虑将二者结合:将frp和钢材复合与混凝土通过剪力连接件组合形成一种新型frp/钢-混凝土组合梁,结合国家自然科学基金青年基金《frp/钢-混凝土组合桥面梁受力性能分析、试验与设计方法》,对其抗弯性能进行理论分析,并对其进行数值研究,主要内容如下:设计制作了两组共6个frp/钢复合板试件,并进行单轴单调拉伸试验,通过试验结果与复合材料板应力-应变理论模型预测值进行对比,结果表明:该理论模型可以很好的预测复合板的单轴单调拉伸力学性能;基于该理论模型推导了复合材料板初始刚度、屈服强度、二次刚度、极限强度、比模量、比强度及屈强比的计算表达式,结合算例初步分析钢板体积比对复合板力学性能的影响。对frp/钢-混凝土组合梁在弹性、塑性阶段的抗弯性能进行较为详细的分析,给出其抗弯承载力计算表达式,并在此基础上提出组合梁的简化失效分析和简化刚度与变形计算方法,研究发现该类组合结构较frp-混凝土组合结构既提高了刚度又具有延性特征,充分发挥了frp和钢材的优势。结合课题组四点弯曲试验的相关数据,对frp/钢-混凝土组合梁进行有限元建模分析研究。模拟计算值、理论预测值均与试验结果吻合较好,表明采用数值模拟研究组合梁受力性能是合理有效的,由此对比验证了本文抗弯承载力理论计算方法的准确性。基于上述frp/钢-混凝土组合梁模型,通过改变其上部混凝土强度、混凝土层厚度与宽度、下部frp/钢复合U形梁腹板倾斜角度及截面形式,研究各设计参数对该类新型组合梁抗弯性能的影响。其中提高混凝土等级、合理控制混凝土层厚度和增加宽度均能在不同程度上提高组合梁的极限承载能力,合理范围内腹板倾角的改变对组合梁的抗弯性能的影响不大。

关键词： frp/钢复合板组合梁计算方法抗弯承载力

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frp/钢-混凝土组合梁简化设计方法研究

FRP/钢-混凝土组合梁简化设计方法研究

引用

作者：蔡妙君武汉理工大学

学位级别：硕士

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,frp)因其耐腐蚀的特性在解决工程结构中的锈蚀问题中得到了广泛应用。然而,由于frp材料弹性模量较小(尤其Gfrp),因此纯frp结构与frp组合结构的抗变形能力较传统钢筋混凝土结构更弱。基于此,... 详细信息

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,frp)因其耐腐蚀的特性在解决工程结构中的锈蚀问题中得到了广泛应用。然而,由于frp材料弹性模量较小(尤其Gfrp),因此纯frp结构与frp组合结构的抗变形能力较传统钢筋混凝土结构更弱。基于此,本文同时将frp与钢相结合,形成新型frp/钢复合材料,该材料有着可观的强度、较好的弹性模量,同时具有稳定的屈服后模量,兼顾优越的耐腐蚀性能。考虑将新型frp/钢复合材料与混凝土相结合,形成frp/钢-混凝土组合梁,则该梁有着变形可控的特性和高耐久性。目前,国内对frp/钢复合材料以及其组合结构的研究仍处于初步阶段,因此,本文旨在研究新型frp/钢复合材料的基本力学性能,并对frp/钢-混凝土组合梁的受力性能分析与初步设计进行了研究,本文主要研究内容如下:首先,通过Bfrp/钢复合板和Cfrp/钢复合板的单轴拉伸试验研究了不同纤维布和不同钢板体积比下frp/钢复合板的应力-应变关系,并将试验结果与理论预测值进行了对比分析。研究结果表明,理论预测值与试验值吻合良好,理论模型能够很好地预测复合板的单轴拉伸力学性能,且两种frp/钢复合板都有较大的弹性模量、稳定的二次刚度和优越的经济性。其次,将frp/钢与混凝土结合进而组成一种新型的frp/钢-混凝土组合梁,介绍了组合梁的多种失效模式,提出了组合梁截面的简化设计方法并给出相应设计步骤。最后,基于设计算例建立了frp/钢-混凝土组合梁的有限元模型,并将有限元计算结果与理论公式计算结果进行对比,二者结果吻合良好证明了有限元模型的正确性以及组合梁设计的合理性。接着,基于上述算例进行有限元分析,配合经济性研究了混凝土强度、frp种类、混凝土高度和钢板体积比等设计参数对组合梁受力性能的影响。

关键词： frp/钢复合板 frp/钢-混凝土组合梁简化设计方法

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