本文關(guān)鍵詞：表面嵌入式纖維復(fù)合筋加固混凝土橋面板工作性能研究

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【摘要】：近些年隨著交通運輸量快速增長,以及公路車輛運載能力的提高,導(dǎo)致依據(jù)上世紀規(guī)范進行設(shè)計的橋梁逐漸無法滿足現(xiàn)在交通運輸?shù)囊蟆Ｊ艿降缆烦}滲透腐蝕以及長期暴露在惡劣環(huán)境下使得橋面板鋼筋嚴重腐蝕,工作性能下降。采用纖維復(fù)合材料(Fiber Reinforced Polymer-FRP)加固受損橋面是一種提高結(jié)構(gòu)工作性能的有效方法。但傳統(tǒng)外貼加固方法施工工序復(fù)雜,加固材料受到外界因素作用易造成結(jié)構(gòu)二次損傷且容易發(fā)生剝離破壞等問題。相對于外貼FRP加固技術(shù),表層嵌貼(Near-surface-mounted—NSM)FRP筋加固法具有工作量更小、與加固構(gòu)件粘結(jié)效果更好、不易受到外界干擾等優(yōu)點。已有研究表明,常見的梁板式橋面結(jié)構(gòu)受到支撐梁、橫隔梁和加載區(qū)外圍板塊等構(gòu)件側(cè)向約束的作用,面板內(nèi)發(fā)生壓縮薄膜效應(yīng)。該結(jié)構(gòu)效應(yīng)對橋面結(jié)構(gòu)工作性能有著顯著影響。本文將以表層嵌貼FRP筋加固傳統(tǒng)梁板式橋面板作為分析模型,通過試驗、有限元和理論分析等方法,研究壓縮薄膜效應(yīng)及NSM加固方法對橋面板工作性能的作用。主要進行了以下幾個方面的工作:(1)表面嵌貼FRP筋-混凝土粘結(jié)滑移性能及NSM FRP筋加固彎曲構(gòu)件工作性能研究:對嵌入式加固法進行粘結(jié)試驗,研究該加固方法的粘結(jié)破壞模式及嵌入式加固材料對其影響。采用BFRP、CFRP和GFRP三種類型筋材嵌入式加固適筋梁,對比三種筋材加固梁抗彎承載力、破壞模式以及與加固梁的粘結(jié)效果,為后續(xù)加固橋面板試驗奠定基礎(chǔ)。(2)NSM FRP筋加固混凝土橋面結(jié)構(gòu)工作性能試驗研究:采用嵌入式加固傳統(tǒng)橋梁面板,本次研究建立了兩組1:3縮尺橋面結(jié)構(gòu),分別采用工字鋼梁和混凝土梁作為支撐構(gòu)件。在第一組試驗中,研究加固率改變對板承載性能的影響,改變支撐梁尺寸以分析側(cè)向約束改變對加固橋面工作性能的影響;第二組試驗將重點分析加固筋材類型變化對面板工作性能的影響。在兩組試驗中研究橫向嵌入式筋材與縱向外貼片材共同加固橋面板的加固效果。分析橋面板在輪胎荷載下的結(jié)構(gòu)性能,對比板底撓度、支撐梁側(cè)向撓度、裂縫開展、破壞模式、鋼筋與FRP筋應(yīng)變,揭示板內(nèi)壓縮薄膜效應(yīng)和加固FRP筋在加載過程中的變化,討論各因素對結(jié)構(gòu)性能影響。(3)NSM FRP筋加固混凝土橋面結(jié)構(gòu)工作性能有限元仿真:采用有限元軟件ABAQUS模擬試驗?zāi)Ｐ?對比有限元結(jié)果與試驗數(shù)據(jù),驗證本次研究建立有限元模型的準確性,為類似嵌入式加固橋面板試件的模擬提供參考�；谟邢拊M的準確性,提取橋面板內(nèi)應(yīng)力分布,證明了板內(nèi)壓縮薄膜效應(yīng)的存在,并對比不同試件的壓縮薄膜效應(yīng)有效寬度的變化。(4)NSM FRP筋加固混凝土橋面板承載力理論預(yù)測模型研究:通過對比現(xiàn)有FRP加固承載力理論預(yù)測方法計算結(jié)果與試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn):現(xiàn)有計算理論沒有考慮壓縮薄膜效應(yīng)的作用,嚴重低估嵌入式加固橋面板承載力。引入ACI440.2-08的嵌入式加固梁抗彎承載力計算方法,對結(jié)合壓縮薄膜效應(yīng)橋面板承載力計算方法進行修改,提出嵌入式加固橋面板承載力計算方法,計算結(jié)果與試驗承載力吻合良好。在此基礎(chǔ)上,對可能影響橋面板的各因素進行分析,提出在嵌入式加固橋面板設(shè)計時應(yīng)考慮壓縮薄膜效應(yīng)對承載性能的作用,分析加固面板配筋率和加固面板材料強度的影響,確定合理的筋材加固率與加固筋材類型。
【關(guān)鍵詞】：嵌入式加固 纖維復(fù)合筋 混凝土橋面板 壓縮薄膜效應(yīng)
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U443.31;U445.72
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 研究背景14-15
• 1.2 FRP材料加固橋面板研究現(xiàn)狀15-24
• 1.2.1 FRP材料特點15-16
• 1.2.2 傳統(tǒng)FRP材料加固方法研究現(xiàn)狀與應(yīng)用16-19
• 1.2.2.1 外貼片材加固16-17
• 1.2.2.2 體外預(yù)應(yīng)力加固17-18
• 1.2.2.3 格柵加固18-19
• 1.2.2.4 存在的問題19
• 1.2.3 表層嵌貼FRP加固方法研究現(xiàn)狀與應(yīng)用19-24
• 1.2.3.1 表層嵌貼FRP法來源與特點19-20
• 1.2.3.2 表層嵌貼FRP加固法早期應(yīng)用20
• 1.2.3.3 粘結(jié)滑移關(guān)系20-21
• 1.2.3.4 表層嵌貼FRP加固法研究進展21-24
• 1.3 加固橋面板承載力計算方法研究進展24-26
• 1.4 本文主要的研究內(nèi)容與研究方法26-28
• 1.4.1 研究方法26
• 1.4.2 研究內(nèi)容26-28
• 第二章 試驗介紹28-46
• 2.1 概述28
• 2.2 前期試驗介紹28-30
• 2.2.1 粘結(jié)試驗28-29
• 2.2.2 嵌入式加固梁試驗29-30
• 2.3 嵌入式加固橋面板試驗方案30-45
• 2.3.1 橋面板試驗?zāi)Ｐ?/span>30-33
• 2.3.1.1 鋼混面板模型尺寸30-31
• 2.3.1.2 支撐鋼梁的選用31-33
• 2.3.1.3 混凝土支撐梁橋面板模型33
• 2.3.2 筋材布置與測量方案33-38
• 2.3.2.1 橋面板鋼筋布置與應(yīng)變測點34-35
• 2.3.2.2 加固FRP筋布置與應(yīng)變測點35-36
• 2.3.2.3 混凝土與鋼梁應(yīng)變片測點布置36-37
• 2.3.2.4 撓度測點布置37-38
• 2.3.3 試驗材料選用及性能指標38-41
• 2.3.3.1 筋材材料選用與性能指標38-39
• 2.3.3.2 混凝土配合比與材料性能39-41
• 2.3.4 試驗?zāi)Ｐ椭谱?/span>41-44
• 2.3.4.1 橋面板試件制作41-42
• 2.3.4.2 FRP筋嵌入加固42-43
• 2.3.4.3 雙向加固橋面板43-44
• 2.3.5 試驗加載與測量44-45
• 2.3.5.1 加載裝置44-45
• 2.3.5.2 試驗過程45
• 2.4 本章小結(jié)45-46
• 第三章 試驗結(jié)果與分析46-82
• 3.1 前期試驗結(jié)果46-49
• 3.1.1 粘結(jié)試驗結(jié)果46-47
• 3.1.2 嵌入式抗彎加固梁試驗結(jié)果47-49
• 3.2 嵌入式加固橋面板試驗結(jié)果49-50
• 3.3 橋面板裂縫形態(tài)50-56
• 3.3.1 板頂面裂縫50-53
• 3.3.2 板底面裂縫53-56
• 3.4 撓度分析56-68
• 3.4.1 加固率對試件撓度影響60-63
• 3.4.1.1 板底撓度60-62
• 3.4.1.2 支撐梁撓度62-63
• 3.4.2 支撐梁對試件撓度影響63-66
• 3.4.2.1 板底撓度63-65
• 3.4.2.2 支撐梁撓度65-66
• 3.4.3 不同F(xiàn)RP筋對試件撓度影響66-68
• 3.4.3.1 板底撓度66-68
• 3.4.3.2 支撐梁撓度68
• 3.5 應(yīng)變分析68-80
• 3.5.1 混凝土板應(yīng)變分析68-72
• 3.5.2 鋼筋應(yīng)變分析72-77
• 3.5.3 FRP筋應(yīng)變分析77-80
• 3.6 本章小結(jié)80-82
• 第四章 非線性有限元分析82-107
• 4.1 引言82
• 4.2 材料的本構(gòu)關(guān)系82-89
• 4.2.1 混凝土本構(gòu)關(guān)系82-84
• 4.2.2 本文所用混凝土本構(gòu)關(guān)系84-87
• 4.2.2.1 損傷模型應(yīng)力應(yīng)變曲線84-86
• 4.2.2.2 損傷因子86-87
• 4.2.3 混凝土損傷塑性模型參數(shù)選擇87-89
• 4.2.3.1 膨脹角 ψ 與流動偏心參數(shù)87-88
• 4.2.3.2 σb0/σc0、K與粘滯系數(shù) υ88-89
• 4.2.4 筋材本構(gòu)模型89
• 4.3 有限元模型建立89-92
• 4.3.1 分析方法89-90
• 4.3.2 單元選擇、邊界條件與接觸90-91
• 4.3.3 破壞準則91-92
• 4.4 計算結(jié)果分析92-102
• 4.4.1 結(jié)構(gòu)極限承載力對比92
• 4.4.2 撓度對比92-97
• 4.4.3 應(yīng)變對比97-98
• 4.4.4 應(yīng)力與破壞模式對比98-102
• 4.5 計算結(jié)果應(yīng)力分析102-106
• 4.5.1 板內(nèi)應(yīng)力分析102-105
• 4.5.2 壓縮薄膜效應(yīng)有效寬度105-106
• 4.6 本章小結(jié)106-107
• 第五章 理論計算107-135
• 5.1 引言107
• 5.2 現(xiàn)有加固構(gòu)件承載力計算方法107-115
• 5.2.1 ACI440.2R-08嵌入式加固梁抗彎承載力計算方法107-111
• 5.2.2 外貼片材加固橋面板沖切承載力計算111-115
• 5.3 本文計算方法115-125
• 5.3.1 概述115
• 5.3.2 歷史背景115-116
• 5.3.3 板側(cè)向約束剛度116-118
• 5.3.4 壓縮薄膜區(qū)有效寬度118-119
• 5.3.5 承載力計算公式119-122
• 5.3.6 嵌入式加固面板承載力計算流程122-124
• 5.3.7 計算結(jié)果與試驗對比124-125
• 5.4 參數(shù)分析125-133
• 5.4.1 混凝土強度126-127
• 5.4.2 配筋率127-128
• 5.4.3 加固率128-129
• 5.4.4 加固筋材彈模129-131
• 5.4.5 側(cè)向剛度131-132
• 5.4.6 跨高比132-133
• 5.5 本章小結(jié)133-135
• 結(jié)論與展望135
• 結(jié)論135-136
• 展望136-138
• 參考文獻138-147
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果147-148
• 致謝148-150

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