FRP加固持載鋼結(jié)構(gòu)受彎構(gòu)件力學(xué)性能研究.pdf

1、近幾年來(lái)，由于國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究，碳纖維復(fù)合材料越來(lái)越廣的被應(yīng)用于實(shí)際工程中，采用碳纖維片材對(duì)梁板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固是工程中較為常見(jiàn)的形式。盡管?chē)?guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)碳纖維布加固抗彎構(gòu)件力學(xué)性能進(jìn)行了深入研究，但是，大部分的試驗(yàn)僅僅局限于對(duì)未損傷構(gòu)件的加固或?qū)?gòu)件進(jìn)行卸載后再進(jìn)行加固的研究，這與工程中鋼結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀況有一定差距。因此，本文對(duì)持載下CFRP布加固H型鋼梁的受彎性能進(jìn)行較為系統(tǒng)的研究。
　　本試驗(yàn)共設(shè)計(jì)了8根試件，試件截面

2、尺寸均為125mm×125mm×6.5mm×9mm，梁長(zhǎng)均為2m，其中有1根對(duì)比梁，其余均為持載梁，為防止局部發(fā)生破壞，在集中荷載處加焊加勁肋。試驗(yàn)主要變化參數(shù)為持載水平、加固層數(shù)、加固長(zhǎng)度及端部錨國(guó)情況等。試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)試件變形、鋼梁及碳纖維布上的應(yīng)變及梁的撓度分布進(jìn)行記錄采集。試驗(yàn)結(jié)果顯示，加固鋼梁的破壞模式主要分為三種:一是CFRP布被拉斷;二是試驗(yàn)梁達(dá)到極限撓度而發(fā)生彎曲破壞;三是端部發(fā)生剝離破壞。與對(duì)比梁相比，在不同試驗(yàn)參數(shù)下C

3、FRP布加固鋼梁的屈服荷載、極限荷載和破壞荷載都有不同程度的提高，其中屈服荷載和極限荷載與持載水平近似成開(kāi)口向下的二次曲線關(guān)系。對(duì)于CFRP布加固層數(shù)、CFRP布加固長(zhǎng)度等不同設(shè)計(jì)參數(shù)的試驗(yàn)鋼梁，隨著加固量的提高，各特征荷載都有不同程度提高，但隨著加固量的提高，其提高幅度有所下降。試驗(yàn)梁無(wú)論持載與否，仍然近似符合平截面假定。隨著加固量的增大，試驗(yàn)梁剛度有不同程度的提高。對(duì)試驗(yàn)鋼梁下翼緣及碳纖維布沿軸線方向的應(yīng)力進(jìn)行分析，可以看出在CFR

4、P布端部加設(shè)U型箍可以有效降低CFRP布端部應(yīng)力集中的程度。
　　基于前人研究基礎(chǔ)上，根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)加固原理，本文系統(tǒng)分析了鋼梁加固時(shí)持載狀態(tài)對(duì)滯后應(yīng)變的影響，并提出了滯后應(yīng)變相應(yīng)的計(jì)算方法?？紤]材料的非線性本構(gòu)關(guān)系，利用持載下加固鋼梁截面彎矩與截面曲率的關(guān)系，進(jìn)一步對(duì)持載下鋼梁受力變形全過(guò)程進(jìn)行分析。結(jié)合鋼梁持載下的全過(guò)程受力分析及試驗(yàn)，得到了在持載下加固鋼梁的屈服荷載和極限荷載計(jì)算公式。對(duì)加固鋼梁的界面應(yīng)力進(jìn)行分析，分別對(duì)粘結(jié)剪應(yīng)

5、力和剝離應(yīng)力進(jìn)行分析，得到粘結(jié)剪應(yīng)力方程和剝離應(yīng)力方程，為工程提供參考。
　　基于試驗(yàn)和理論的基礎(chǔ)上，利用ABAQUS軟件采用生死單元技術(shù)建立了有限元模型，對(duì)不同設(shè)計(jì)參數(shù)下的鋼梁進(jìn)行了有限元精細(xì)分析，得到如下結(jié)論:建立有限元模型，對(duì)持載作用下鋼梁的受力過(guò)程分析，模擬得出其承載力，與試驗(yàn)值進(jìn)行對(duì)比，相差在5％以內(nèi)，吻合良好。由不同持載水平下加固鋼梁的荷載-撓度曲線可以得出，隨著持載水平的提高，試件的最終破壞荷載會(huì)有所下降，這對(duì)實(shí)際工