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近些年来,由于我国经济的快速发展,国内土木工程的大型修建、翻新工程等,以往的一些钢筋混凝土结构物其性能尚不能满足当今的使用要求,一些工程加固措施相继出现。其中我国处于起步阶段并具有广阔发展前景的纤维增强聚合物FRP (Fiber Reinforced Plastic或Fiber Reinforced Polymer)材料加固钢筋混凝土材料的研究越来越受到人们的重视。
本文在前人一些工作的基础上,选取了研究相对较少的题目,即玄武岩纤维布材料(BFRP)加固钢筋混凝土材料的研究,主要手段是通过试验研究和软件模拟,并且与常用FRP加固材料碳纤维布(CFRP)的加固效果进行比较。
本文首先对现有的工程加固方法作了介绍和评价,尤其是对FRP材料加固方法进行归纳总结,分析FPR在工程加固和岩土工程应用方面的优点及其未来的发展前景;其次从玄武岩纤维布材料的一些力学性能入手,并与其他材料进行比较,对本文试验研究以及软件模拟研究提供了一定的理论参数依据,同时对钢筋混凝土的本构关系及其破坏准则作了一定的探讨,为后文有限元模拟提供了理论模型基础;接着进行试验室研究,通过多组不同的类比实验,对未经玄武岩纤维布加固和经过玄武岩纤维布加固的试件进行试验结果比较,寻找两者之间的差异,如试件在承载力方面的变化程度、应力的分布状况、挠度的差别、破坏形式的差别等,并与采用碳纤维布加固方法进行比较;然后为了验证试验的有效性,借助于大型有限元分析软件Ansys,对两种纤维布材料(BFRP和CFRP)加固方法进行了模拟,对用于模拟混凝土的Solide65单元,模拟钢筋的Link8单元,以及用于模拟两种拟纤维布材料的Shell42单元进行了探讨,对建模及分析提供了依据,将模拟所得到的结果与试验结果相比较,得出了一些重要的结论,如从加固效果上考虑以及其他一些综合因素,用BFRP代替CFRP用于工程加固是切实可行的;最后基于现有的试验研究和Ansys模拟,提出展望及一些衍生问题,如我国乃至人类未来将用玄武岩纤维等FRP材料彻底代替钢筋材料,以及用FRP材料经过特种加工技术生产不同结构建材,从而从根本上大幅度地提高建筑质量,提高抗震、抗冲击、防火安全性能和保暖节能效果,改善环保条件等。