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CFS加固RC箱梁的斜截面承载力分析与试验研究

作　者: 朱伟清
导　师: 刘小燕；韦成龙
学　校: 长沙理工大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 钢筋混凝土箱梁碳纤维布加固有限元方法试验研究
分类号: U441
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 53次
引　用: 2次
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内容摘要

箱形梁桥具有抗扭刚度大,整体性能好的特点,是我国公路桥梁中十分常见的桥型。然而,目前大量箱梁桥在使用阶段便在腹板上产生较多的斜裂缝,这些裂缝的存在对结构产生了十分不利的影响。因此,有必要采取有效的处理措施,以保证构件的使用功能。碳纤维布(CFS)以其抗拉强度高、重量轻、极好的耐腐蚀性能及耐久性等优点,已经在桥梁结构加固工程中得到了应用。然而目前还缺少利用CFS加固箱梁斜截面承载力这方面的研究。本文结合湖南省自然科学基金项目《碳纤维布加固预应力混凝土连续箱梁桥极限承载力分析》,采用有限元分析和试验研究相结合的方法,对CFS加固RC箱梁的斜截面承载力进行理论与试验研究。根据非线性有限元理论,借助ANSYS提供的参数化语言APDL,建立CFS加固RC箱梁的三维非线性有限元分析模型,对箱梁进行斜截面承载力分析。针对箱梁桥的开裂特点与受力情况,制作4根RC箱梁并进行CFS加固RC箱梁的模型试验,通过逐级加载,研究CFS加固RC箱梁斜截面强度时的破坏全过程;分析CFS加固RC箱梁斜截面的受力特点和加固箱梁极限承载力的变化;探讨CFS加固箱梁的破坏机理及加固效果。对有限元计算结果与试验结果进行对比分析,进一步验证了理论计算模型的正确性;按照理论分析计算的方法,对某预应力混凝土连续箱梁桥用CFS加固进行有限元模拟计算,得到了有益的结论。通过理论分析、模型试验和工程背景的研究,提出了用CFS加固箱梁桥的分析计算方法;根据本文的计算、试验和其他文献的结果,对现有规范的计算公式提出了修正建议,可供同类问题参考。

全文目录

摘要  8-9
ABSTRACT  9-10
第一章绪论  10-18
  1.1 问题的提出  10-13
    1.1.1 传统的桥梁加固方法简介  10-12
    1.1.2 粘结碳纤维布加固技术简介  12-13
  1.2 国内外应用与研究现状  13-16
    1.2.1 国内外应用情况  13-14
    1.2.2 国内外研究现状  14-16
  1.3 本文研究的主要内容  16-18
第二章非线性有限元分析  18-32
  2.1 引言  18-19
  2.2 有限元软件ANSYS 简介  19
  2.3 非线性有限元分析原理  19-21
    2.3.1 非线性方程的求解  19-20
    2.3.2 加载子步  20
    2.3.3 收敛准则  20-21
  2.4 材料的本构关系  21-27
    2.4.1 混凝土本构关系  21-26
    2.4.2 钢筋的本构关系  26
    2.4.3 碳纤维布的本构关系  26
    2.4.4 钢板的本构关系  26-27
  2.5 有限元建模  27-30
    2.5.1 钢筋、碳纤维布和混凝土的建模  27
    2.5.2 单元类型  27-28
    2.5.3 加载预裂的处理方法及CFS 加固的实现  28-29
    2.5.4 计算模型的建立  29-30
  2.6 有限元计算结果  30-31
    2.6.1 斜截面承载力  30
    2.6.2 荷载-挠度曲线  30-31
  2.7 本章小结  31-32
第三章 CFS 加固RC 箱梁斜截面承载力试验方案  32-42
  3.1 试验目的  32
  3.2 试验箱梁设计  32-33
  3.3 试验加固方案  33-35
  3.4 试件材料性能及试验装置  35-36
    3.4.1 混凝土  35
    3.4.2 钢筋  35-36
    3.4.3 碳纤维布  36
    3.4.4 试验仪器与设备  36
  3.5 测试内容  36-38
    3.5.1 钢筋的应变测点布置  36-38
    3.5.2 CFS 的应变测点布置  38
    3.5.3 混凝土的应变测点布置  38
    3.5.4 挠度观测  38
    3.5.5 裂缝观测  38
  3.6 加载方案  38-40
  3.7 试验流程  40-41
  3.8 本章小结  41-42
第四章试验结果与分析  42-56
  4.1 试验箱梁斜截面破坏研究  42-45
  4.2 斜截面承载力结果与分析  45-46
  4.3 挠度分析  46-47
  4.4 钢筋应力分析  47-49
    4.4.1 纵筋应力  47-48
    4.4.2 箍筋应力  48-49
  4.5 CFS 应力分析  49-51
  4.6 混凝土应力  51
  4.7 裂缝分析  51-52
  4.8 CFS 加固箱梁受力机理  52-53
  4.9 对现有规程CFS 承担的剪力计算公式的建议  53-54
    4.9.1 我国规程抗剪加固设计公式  53
    4.9.2 对现有规程CFS 承担的剪力计算公式进行修正的建议  53-54
  4.10 本章小结  54-56
第五章对比分析与工程仿真计算  56-68
  5.1 斜截面承载力  56
  5.2 挠度对比分析  56-58
  5.3 箍筋应力对比分析  58-60
  5.4 CFS 应力对比分析  60-61
  5.5 CFS 加固预应力混凝土连续箱梁桥极限承载力计算  61-67
    5.5.1 工程背景  61-62
    5.5.2 大桥有限元分析模型的建立  62-65
    5.5.3 计算结果分析  65-67
  5.6 本章小结  67-68
结论与展望  68-70
  本文主要结论  68-69
  进一步展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-76
附录 A  76

CFS加固RC箱梁的斜截面承载力分析与试验研究

内容摘要

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