CFRP加固RC双向板承载力研究及可靠度分析

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外贴碳纤维复合材料(CarbonFiberReinforcedPolymer,简称CFRP)对钢筋混凝土结构进行补强加固始于上世纪八十年代,由于施工方便快捷,加固后对结构净空影响很小,且CFRP本身具有轻质、高强、耐腐蚀等诸多优点,使得这项技术应用广泛。迄今为止,研究人员对于该加固技术进行了较多的理论研究,然而已有的研究成果大多集中于梁加固后的抗剪性能、抗弯性能以及柱加固后的抗剪性能、抗震性能,对于钢筋混凝土双向板经CFRP布加固后的各项性能尚没有成熟的研究成果。规程给出的受弯构件加固计算方法也并不适用于双向板。
  由于外贴CFRP布对钢筋混凝土结构进行补强加固的理论研究明显滞后于实践应用,故如何对加固后的双向板各项性能进行评估成为一个迫切需要解决的课题。本文主要对经CFRP布加固后承受均布荷载作用的简支钢筋混凝土双向板进行了承载力的试验研究,结合塑性铰线理论提出了该加固板的承载力计算公式,最后对该公式进行了可靠度分析。论文共分五部分,具体内容如下:
  1、试验研究:试验共制作了4块相同规格的钢筋混凝土双向板,包括一块对比版,三块加固板,丰要考虑加固量对加固效果的影响。为达到与实际工程接近的效果,加固板在加固前进行预裂。考虑到双向板在工程应用中多承受均布荷载,试验通过静力传递的方式对均布荷载进行了模拟。
  2、试验结果及分析:板内钢筋和CFRP布条带的应变均由预先贴在其表面的应变片测得。结合试验现象,并通过对试验数据的统计分析,绘制了荷载一应变关系曲线。
  3、理论分析:选用合适的塑性铰线模式,采用塑性绞线理论推导了加固板的承载力计算公式,并将理论计算结果与试验数据进行了对比分析。
  4、有限元分析:利用ANSYS建立有限元模型进行数值分析,最后将有限元分析结果、理论计算结果、试验值进行了对比
  5、可靠度分析:运用基于Matlab软件的蒙特卡洛法计算程序对加固板的承载力计算公式进行可靠度分析。
  通过试验研究及理论分析,得出了以下结论:
  1、利用CFRP布对钢筋混凝土双向板进行加固可以显著提高板的承载力、抗裂性能和抗变形能力,是一种行之有效的加固方法。
  2、CFRP布加固双向板最终的破坏形态皆呈现冲切破坏,所不同的是局部荷载下未发生CFRP布的剥离即发生了加载区的冲切破坏[5],而均布荷载下则是在CFRP布剥离,板的承载力急剧下降之后发生的加载区域整体冲切破坏,因此在CFRP布的端部进行适当锚同可提高加固效果3、CFRP布的强度约为钢筋的十倍,故很难充分利用,线性增加CFRP布的用量并不能使板的承载力线性增大,因此在相同的加固区域粘贴CFRP布,存在一个经济贴布率的问题有待进一步研究。
  4、采用塑性铰线理论计算加固板的极限承载力,其计算结果比试验值小,故偏于安全。并通过有限元模拟得出由塑性铰线理论计算加固板的极限承载力计算公式是有效的,具有参考意义。
  5、通过本文可靠度的理论计算和传统的AFOSM法的计算值的对比,得出两者的值比较吻合。相差没有超过5%,进一步论证加固方案的有效性。
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