CFRP布加固钢-混凝土组合梁负弯矩区受力性能研究

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中文摘要：钢-混凝土组合梁在民用基础设施发达的国家普遍存在，这种结构形式能够最大程度上发挥钢材和混凝土两种建筑材料的优越性能。为了提高公路桥梁的行车舒适性和上部结构的连续性，连续组合结构一直是多跨桥梁的最佳选择。然而，在负弯矩作用下，多跨连续组合梁中支点由于混凝土板的开裂会导致截面刚度和使用寿命不断下降。当结构因各种原因发生破坏时，采用合适的材料和技术进行加固比拆除和重建更加经济和省时。CFRP（CarbonFiber-ReinforcedPolymer）材料凭借优良性能，在结构加固方面具有很大的潜力。因此，本文利用试验、理论和有限元分析方法，开展了负弯矩作用下CFRP布加固组合梁力学性能的研究。本文主要工作和结论如下：（1）设计了8根具有相同截面形式的钢混组合梁，CFRP布粘贴在混凝土板顶部，对其进行了四点弯曲反向加载试验，测试了材料应变、跨中挠度、荷载、裂缝宽度以及界面滑移值。试验结果表明，未使用CFRP布加固的试件均表现出典型的钢混组合梁受弯破坏模式，并且组合梁的延性随着剪力连接度的增大而降低；所有CFRP布加固的试件在钢梁屈服后才能发挥更大作用，并且加固试件的破坏模式都为CFRP布剥离破坏；CFRP布的使用降低了钢混组合梁的延性；增大剪力连接度和CFRP布层数能够提高加固梁的峰值荷载，减小裂缝间距与宽度，降低梁端滑移值与使用阶段挠度；相同层数下使用复合锚固技术进一步提高了峰值荷载和CFRP布利用率，同时还进一步降低了裂缝宽度。（2）通过对试验测量到的CFRP布应变分布规律的分析及对破坏现象的观察，针对CFRP布加固梁出现剥离破坏现象，研究了加固梁由中间弯曲裂缝引起的剥离破坏机理，分析了现有剥离应变计算模型及现行加固规范的可靠性，提出了使用复合锚固法加固的组合梁达到峰值荷载时跨中CFRP应变计算公式，建立了负弯矩作用下考虑剪力连接度、CFRP层数和复合锚固措施等参数的加固梁剥离破坏承载力计算公式。研究表明：在计算CFRP布剥离应变时，现有计算模型较为保守，而现行加固规范计算结果远大于实际值。此外，本文推导的负弯矩区加固梁抗弯承载力计算方法能够较好的考虑剪力连接度、CFRP层数以及锚固措施的影响，计算结果与试验数值较为接近。（3）选用有限元软件ABAQUS，结合材性试验测得的本构关系并基于反向加载试验结果，从考虑CFRP布剥离对加固梁变形行为的影响入手，对负弯矩作用下加固梁静力性能试验进行了模拟。在所提出的有限元模型中，采用了混合模态内聚法则描述界面在正应力（I型加载）和剪应力（II型加载）组合作用下的行为，使用双线性牵引-分离模型表示纯I型加载和纯II型加载下的界面行为，采用二次强度准则定义损伤起裂，采用基于断裂能量的线性幂律准则定义损伤演化。此外，模型还考虑了材料、几何和接触的非线性特性。通过与试验结果的对比，验证了所提模型在荷载挠度关系、受弯承载力方面的有效性。

作者：

唐磊

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关键词：

钢-混凝土组合梁桥梁加固 CFRP 负弯矩力学性能有限元分析

授予学位：

硕士

学科专业：

建筑与土木工程

导师：

杨国涛

学位年度：

2021

学位授予单位：

青岛理工大学

语种：

中文

中图分类号：