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gfrp布约束钢筋混凝土方柱的尺寸效应研究

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GFRP布约束钢筋混凝土方柱的尺寸效应研究

作者：任梦东北石油大学

学位级别：硕士

纤维增强复合材料(Fiber Reinforcement Polymer,简称FRP)是近几年新近兴起的一种用于既有建筑加固修复的建筑材料,包括玻璃纤维增强材料(gfrp)、碳纤维复合增强材料(CFRP)、玄武岩纤维复合增强材料等,其中gfrp由于价格经济、取材方便... 详细信息

纤维增强复合材料(Fiber Reinforcement Polymer,简称FRP)是近几年新近兴起的一种用于既有建筑加固修复的建筑材料,包括玻璃纤维增强材料(gfrp)、碳纤维复合增强材料(CFRP)、玄武岩纤维复合增强材料等,其中gfrp由于价格经济、取材方便而应用更为广泛。gfrp轻质高强,有良好的耐腐蚀性和稳定性、较高的弹性模量和抗拉强度,不仅能作为保护层减轻外界环境对钢筋混凝土结构的腐蚀,而且能约束核心混凝土的横向变形,显著地提高钢筋混凝土结构的承载力。gfrp布加固钢筋混凝土方柱,还没有形成相关的规范,然而在我国的工程实际中,钢筋混凝土方柱更为常见,因此开展gfrp布约束钢筋混凝土方柱的力学性能及尺寸效应研究具有重要的意义。本课题通过对三组共9根gfrp布约束钢筋混凝土方柱的轴压试验,研究gfrp布约束钢筋混凝土方柱组合结构的力学性能和尺寸效应规律,同时利用ANSYS仿真软件建立该类结构有限元模型,拓展工况,从试验和数值模拟两方面探究gfrp布约束钢筋混凝凝土方柱的力学性能和尺寸效应规律。本文主要研究内容包括:1.针对gfrp布约束钢筋混凝凝土方柱的力学性能研究,设计制作了三组gfrp布约束试件和一组未约束试件作为对照组,并进行轴压试验。在试验过程中,认真观察试件的外形变化和破坏形态,利用静态电阻应变箱和百分表位移计采集试件不同材料的应变和位移,根据采集的数据绘制出各个试件的荷载-位移曲线、荷载-应变曲线,利用试验机提取试件的极限承载力,计算出试件的极限抗压强度,并进行对比。2.利用ANSYS有限元软件建立gfrp布约束钢筋混凝土方柱的有限元模型,与试验结果对比,验证有限元模型的正确性。3.利用建立的有限元模型,对gfrp布约束钢筋混凝土方柱试件进行数值模拟分析。以gfrp布厚度、混凝土强度等级为影响因素,探究其对试件力学性能的影响。4.通过对比同组内不同尺寸的试件的极限抗压强度,证明尺寸效应的存在。通过对比不同组试件的尺寸效应现象的强弱,探究gfrp布厚度、混凝土强度等级对试件尺寸效应的影响。

关键词： gfrp布钢筋混凝土方柱轴心受压数值模拟尺寸效应

gfrp布约束钢筋混凝土圆柱轴压下尺寸效应研究

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GFRP布约束钢筋混凝土圆柱轴压下尺寸效应研究

作者：陈思同东北石油大学

学位级别：硕士

纤维增强复合材料（Fiber Reinforcement Polymer,简称FRP）以其经济、轻质、高强、及良好的耐腐蚀性和稳定性等优势广泛应用于土木工程领域的加固技术中。gfrp布约束钢筋混凝土柱是一种有效的加固方式,不仅能保护钢筋混凝土结构免受外... 详细信息

纤维增强复合材料（Fiber Reinforcement Polymer,简称FRP）以其经济、轻质、高强、及良好的耐腐蚀性和稳定性等优势广泛应用于土木工程领域的加固技术中。gfrp布约束钢筋混凝土柱是一种有效的加固方式,不仅能保护钢筋混凝土结构免受外界环境的腐蚀,还可以有效的限制混凝土的侧向变形,从而提高其抗压强度和延展性,改善了混凝土的力学性能。混凝土存在尺寸效应已经成为公认的事实,但目前对于gfrp布约束钢筋混凝土柱尺寸效应的研究较少,本文通过试验和有限元数值模拟相结合的方法,对gfrp布约束钢筋混凝土圆柱轴压下的尺寸效应进行研究。本文主要研究内容及成果如下:1、通过对gfrp布约束钢筋混凝土圆柱的轴压试验,观察试件的破坏过程、破坏形态及极限承载力,得到试件的荷载-应变曲线、荷载-位移曲线及应力-应变曲线,并分析几何相似的gfrp布约束钢筋混凝土圆柱的尺寸效应;2、通过Ansys有限元软件,对gfrp布约束钢筋混凝土柱的轴压试验进行模拟,将得到的极限抗压强度、荷载-位移曲线与试验结果进行对比,验证了模型的可行性;3、利用有限元模型进行拓展分析,以三种配筋率、gfrp布体积配置率及混凝土强度作为改变因素,分析其对gfrp布约束钢筋混凝土柱的尺寸效应的影响。研究表明:几何相似的gfrp布约束钢筋混凝土柱,随配筋率、gfrp布体积配置率及混凝土强度等级的增大,试件尺寸越大,其极限抗压强度提高幅度越大,尺寸效应会有所改善;随试件尺寸增大,gfrp布的约束效果越好。

关键词： gfrp布体积配置率数值模拟抗压强度约束

gfrp布加固钢筋混凝土短梁受弯性能试验研究

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四川建筑科学研究 2020年第3期46卷 9-17页

作者：张军伟王廷彦刘永川蒋锐河南农业大学基建处河南郑州450002 华北水利水电大学土木与交通学院河南郑州450045 河南建筑材料研究设计院有限责任公司河南郑州450002

对3根玻璃纤维复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer,简称gfrp)布加固的钢筋混凝土短梁进行了受弯试验,研究了gfrp布层数对加固短梁受弯性能的影响。试验结果表明:跨高比为4的加固短梁和普通短梁均较符合平截面假定;随gfrp布层数的... 详细信息

对3根玻璃纤维复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymer,简称gfrp)布加固的钢筋混凝土短梁进行了受弯试验,研究了gfrp布层数对加固短梁受弯性能的影响。试验结果表明:跨高比为4的加固短梁和普通短梁均较符合平截面假定;随gfrp布层数的增加,试件的开裂、屈服和极限荷载均增加,加固短梁的破坏逐渐向超筋梁特征发展;钢筋屈服后,gfrp布可以显著提高加固短梁的抗弯刚度,表明gfrp布在此阶段发挥的作用最大;普通短梁的延性最好,随gfrp布层数的增加,加固短梁的延性逐渐降低。

关键词： gfrp布加固钢筋混凝土短梁受弯试验

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黄泛区粉土-玻璃纤维增强聚合物复合材料布界面摩擦特性试验

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复合材料学报 2019年第10期36卷 2469-2477页

作者：张建伟余杭王仕卿李荣翔韩一黄小山河南大学土木建筑学院开封475004 河南大学岩土与轨道交通工程研究所开封475004 河南大学迈阿密学院开封475004

玻璃纤维增强聚合物复合材料(gfrp)强度高、耐热性好、抗碱性腐蚀能力较强,目前已广泛的应用于土木工程领域中。为了研究黄泛区粉土和gfrp布之间的界面摩擦特性,利用TZY-1型土工合成材料综合测定仪开展了直剪摩擦试验研究,分析了含水率... 详细信息

玻璃纤维增强聚合物复合材料(gfrp)强度高、耐热性好、抗碱性腐蚀能力较强,目前已广泛的应用于土木工程领域中。为了研究黄泛区粉土和gfrp布之间的界面摩擦特性,利用TZY-1型土工合成材料综合测定仪开展了直剪摩擦试验研究,分析了含水率、压实度和法向应力对界面摩擦特性的影响。结果表明,黄泛区粉土和gfrp布的界面摩擦强度随着压实度的增大而增大;界面摩擦强度在土体的含水率最优时达到最大,超过最优含水率后会下降;界面抗剪力随着法向应力的增大而增大,摩擦系数随着法向应力的增大而降低。

关键词： gfrp布黄泛区粉土摩擦特性界面抗剪强度直剪摩擦试验

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gfrp-高强钢焊接圆管轴压构件局部和整体相关屈曲研究

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GFRP-高强钢焊接圆管轴压构件局部和整体相关屈曲研究

作者：茹赵一西安建筑科技大学

学位级别：硕士

高强钢凭借自身强度高、自重轻、抗震性能好、加工性能出色的优势越来越广泛地应用在建筑结构、桥梁工程、输电塔等领域。而纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,简称FRP)则具有比强度高、可设计性强、抗腐蚀性好、热膨胀系数与... 详细信息

高强钢凭借自身强度高、自重轻、抗震性能好、加工性能出色的优势越来越广泛地应用在建筑结构、桥梁工程、输电塔等领域。而纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,简称FRP)则具有比强度高、可设计性强、抗腐蚀性好、热膨胀系数与钢材适配的特性。近年来兴起的钢材表面粘贴纤维增强复合材料技术融合了二者的优势,可以有效地对钢结构进行加强,并解决了传统加固领域的诸多痛点。本文对gfrp-高强钢焊接圆管轴压构件局部和整体相关屈曲进行了较为系统的研究,主要的研究内容和研究成果如下:(1)参考现有研究成果,统计了当前高强钢和gfrp材料的性能参数,建立了考虑了单元类型、材性属性、接触关系、边界条件、几何初始缺陷以及残余应力的有限元模型,并通过对比现有参考文献的试验和有限元模拟结果对本文提出的有限元模型的有效性进行了验证。(2)建立了超过400组变参数构件有限元模拟阵列,考虑了构件长细比、构件径厚比、gfrp布厚度和铺贴方式、钢材屈服强度以及残余应力等参数,通过对有限元模拟分析步历史图像进行分析对比,得出了gfrp加固高强钢构件的作用机理。(3)通过对有限元模拟结果进行无量纲化分析,得出了如下结论:环向铺贴时,构件的径厚比对于gfrp加固效果影响较为有限,复合构件承载力提升率随构件长细比增加而降低,并随gfrp铺贴层数的增加而提升;在铺贴层数较少时,纵向铺贴效果好于环向铺贴;环向铺贴的提升效果随着铺贴层数提升逐渐好于纵向铺贴,且对材料的性能使用的更为充分;残余应力的分布模式对构件的承载力提升率有着十分重大的影响,随着钢材屈服强度的提升和铺贴层数的增加,可以在一定程度上克服残余应力的影响。(4)基于现有规范及参数分析结论,提出了适用于gfrp-高强钢焊接圆管截面轴压构件局部和整体相关屈曲极限承载力计算的建议公式,并通过对该公式与有限元模拟结果进行对比分析进而验证了公式的有效性。

关键词： gfrp布高强钢焊接圆钢管柱相关屈曲加强系数

gfrp-高强钢焊接工字形截面轴压柱整体稳定性能研究

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GFRP-高强钢焊接工字形截面轴压柱整体稳定性能研究

作者：杨芳静西安建筑科技大学

学位级别：硕士

近年来,纤维增强复合材料(FRP)加固钢结构逐渐成为了研究的热点。尽管目前国内外学者已经开展了一些关于CFRP加固轴压、偏压钢构件的试验和理论研究,但对于gfrp加固钢构件的研究很少,且目前的研究主要集中在FRP加固普通钢材构件方面,关... 详细信息

近年来,纤维增强复合材料(FRP)加固钢结构逐渐成为了研究的热点。尽管目前国内外学者已经开展了一些关于CFRP加固轴压、偏压钢构件的试验和理论研究,但对于gfrp加固钢构件的研究很少,且目前的研究主要集中在FRP加固普通钢材构件方面,关于高强度钢材的加固还未涉及。因此,本文研究了gfrp加固高强钢焊接工字形截面轴压柱的整体稳定性能,具体研究内容如下:(1)对8根gfrp-高强钢焊接工字形截面试件(包括2根未加固试件,6根gfrp布加固试件)进行了轴心受压试验,探讨构件长细比和gfrp布粘贴厚度两个因素对构件整体稳定性能的影响。(2)采用ABAQUS有限元软件对试验试件进行模拟,有限元模型考虑了构件的初始缺陷和胶粘剂的作用,通过对比分析试验结果与有限元模拟结果,来验证本文所建有限元模型是否有效,并利用已验证的有限元模型进行参数化分析,研究gfrp布粘贴厚度、构件长细比以及gfrp布粘贴长度对构件稳定承载力的影响。研究表明:随着gfrp布粘贴厚度的增大,构件稳定承载力增大;随着构件长细比的增大,承载力反而下降,说明翼缘粘贴gfrp布对工字形截面长细比较小的构件(中长柱)承载力的增强效果更明显;以柱中为中心,gfrp布的粘贴长度为柱长的2/3时,就足以达到沿柱全长粘贴的效果。(3)在我国现行《钢结构设计标准》相关条款的基础上,采用英国钢结构加固指南中的换算截面法,建立了gfrp加固高强钢焊接工字形截面轴心受压构件稳定承载力计算公式。采用正交试验法,研究分析了构件长细比和gfrp布粘贴厚度对焊接工字形截面轴心受压构件稳定承载力影响的主次关系,并拟合出gfrp加固高强钢焊接工字形截面轴心受压构件稳定承载力的修正系数。

关键词： gfrp布高强钢焊接工字形截面整体稳定修正系数

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gfrp-混凝土复合拱性能研究

GFRP-混凝土复合拱性能研究

作者：涂志忠重庆交通大学

学位级别：硕士

拱桥是我国公路桥梁中的主要桥型之一,在我国桥梁中所占比重约61%左右,在我国西部地区则高达80%以上。然而我国拱桥加固研究与梁桥相比还不够成熟,研究成果与文献相对较少,尤其是将gfrp作为阻裂增强层运用到拱桥新结构研究成果更少。因... 详细信息

拱桥是我国公路桥梁中的主要桥型之一,在我国桥梁中所占比重约61%左右,在我国西部地区则高达80%以上。然而我国拱桥加固研究与梁桥相比还不够成熟,研究成果与文献相对较少,尤其是将gfrp作为阻裂增强层运用到拱桥新结构研究成果更少。因此,对拱桥开展新的结构形式和加固研究,具有重要的工程应用价值。本文设计制作了二种不同粘贴位置（全拱粘贴及局部粘贴）、三种不同粘贴形式（I型、U型及环型）的6片gfrp拱及一片普通混凝土对比拱,通过对六片gfrp复合拱及普通混凝土拱的破坏性试验,对其荷载挠度曲线规律、刚度、承载力、破坏形式等受力性能进行了试验研究。试验结果表:gfrp复合拱的刚度、承载力、变形性能及抗裂性能明显优于普通混凝土拱,其中,开裂荷载提高幅度在21.7%～69.6%,极限荷载提高明显,提高程度在68.6%～142.8%;在其它情况相同的条件下,采用全拱粘贴的gfrp复合拱的力学性能要稍优于采用局部粘贴的gfrp复合拱;采用环型及U型粘贴的gfrp复合拱力学性能明显优于采用I型粘贴的gfrp复合拱力学性能。在试验研究分析的基础上,对gfrp复合拱进行了有限元建模计算,通过试验与计算结果的对比分析,验证的模型的合理性,正确性。并在此基础上提出一种gfrp复合拱极限承载力有限元计算方法,结果表明,本文提出的关于gfrp复合拱极限荷载确定判据行之有效,按此判据得到的有限元计算极限荷载与试验极限荷载较接近。本文的研究成果和结论具有一定的理论意义和参考价值。

关键词： gfrp复合拱模型试验 gfrp布有限元分析极限承载力

基于gfrp加固的钢筋混凝土梁抗连续性倒塌性能研究

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基于GFRP加固的钢筋混凝土梁抗连续性倒塌性能研究

作者：钱爽苏州科技大学

学位级别：硕士

连续倒塌是建筑结构由于自然因素或者恐怖袭击等人为因素引起的偶然荷载作用,造成结构关键部位的破坏而引起的连续反应造成结构周边构件破坏,最终使结构不成比例的整体倒塌。发生连续倒塌事故会造成严重的生命财产损失,因此采用何种方... 详细信息

连续倒塌是建筑结构由于自然因素或者恐怖袭击等人为因素引起的偶然荷载作用,造成结构关键部位的破坏而引起的连续反应造成结构周边构件破坏,最终使结构不成比例的整体倒塌。发生连续倒塌事故会造成严重的生命财产损失,因此采用何种方式加固梁柱结构日益引起工程界的关注。现今gfrp布由于其轻质,高强,耐腐蚀以及与钢筋适应性好等特点而被运用到工程加固领域。因为G FRP布材料经济实惠,因此在结构加固领域具有广阔的发展前景。本文采用gfrp布加固梁上部钢筋,为了研究试件是否采用gfrp加固、G FRP加固方式的不同、gfrp加固层数的不同对结构抗连续倒塌性能的影响,通过对五个一榀梁柱子结构模型分别运用有限元分析软件分析,并对模型根据经典弹塑性理论进行理论分析。主要研究内容如下所示:1,每个模型的基础都是一层4跨RC梁柱子结构。首先对未加固模型与梁上下表面采用gfrp布纵向加固一层模型分别进行抗连续倒塌拟静力数值模拟分析。通过对比分析失效柱处的位移-荷载曲线、位移-轴力曲线、梁关键截面应力曲线以及梁机制和悬链线机制阶段的峰值承载力等影响因素。探究在梁上部钢筋截断的基础上采用gfrp布加固梁柱结构抵御连续倒塌的性能。2,RC梁柱结构抗连续倒塌过程根据受力情况的不同分为梁机制阶段,复合机制阶段和悬链线机制阶段。本文根据结构力学以及弹塑性理论得出梁机制与悬链线机制阶段的峰值承载力的计算公式进行理论分析,发现未加固模型与梁上下表面采用gfrp布纵向加固一层模型的模拟值与计算值比较吻合。3,在分析过未加固模型与梁上下表面采用gfrp布纵向加固一层模型后,发现梁上部钢筋采用gfrp加固可以有效提高RC梁柱结构悬链线机制阶段的承载力。在此基础上通过研究不同gfrp布加固方式以及加固层数对结构抗连续倒塌能力的提升效果。发现梁上下表面同样加固一层gfrp布的基础上采用斜向锚固箍比横向锚固箍提升抗倒塌的能力要好。RC梁柱结构抵御连续倒塌极限承载力随着加固层数增加而提高,但加固层数对结构抗连续倒塌能力的提升效果不是一次函数线性关系。

关键词：连续倒塌 gfrp布梁上部钢筋加固

gfrp加固损伤钢筋混凝土(RC)短梁受弯性能试验研究

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混凝土与水泥制品 2022年第10期 65-69,73页

作者：吴玉祥王廷彦赵顺波华北水利水电大学河南郑州450045

设计了普通钢筋混凝土(RC)短梁、gfrp布加固未损伤和损伤RC短梁试件,进行了四点弯曲试验,研究了短梁的破坏形态、材料(混凝土、钢筋、gfrp布)应变、抗弯承载力、挠度、曲率和抗弯刚度。结果表明:gfrp布加固未损伤和损伤RC短梁破坏时GFR... 详细信息

设计了普通钢筋混凝土(RC)短梁、gfrp布加固未损伤和损伤RC短梁试件,进行了四点弯曲试验,研究了短梁的破坏形态、材料(混凝土、钢筋、gfrp布)应变、抗弯承载力、挠度、曲率和抗弯刚度。结果表明:gfrp布加固未损伤和损伤RC短梁破坏时gfrp布被拉断,受压区混凝土未被压碎,属于延性破坏,跨中截面混凝土应变近似符合平截面假定;gfrp布加固未损伤和损伤RC短梁的极限承载力较普通RC短梁分别提高了47.8%和53.2%;gfrp布加固未损伤RC短梁的荷载-挠度曲线呈三阶段特征,gfrp布加固损伤RC短梁的荷载-挠度曲线没有开裂阶段,呈两阶段特征;采用gfrp布加固可提高RC短梁的刚度,但会降低其延性;对比gfrp布加固未损伤RC短梁,gfrp布加固损伤RC短梁的刚度出现较大退化,但延性提高。

关键词： gfrp布加固钢筋混凝土(RC)短梁损伤荷载受弯性能

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