【摘 要】
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钢结构被广泛的应用在工业与民用建筑、桥梁工程中,但是,由于不断受到环境腐蚀、超载运营等因素的影响,钢结构会出现老化、承载力降低等现象,进而可能出现不能满足使用要求的情况。因此,研究如何对钢结构进行加固,已成为一项土木领域中的重要研究内容。碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)因具有质量轻、强度高、耐腐蚀等优点被应用于钢结构加固中。本文在国内外
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钢结构被广泛的应用在工业与民用建筑、桥梁工程中,但是,由于不断受到环境腐蚀、超载运营等因素的影响,钢结构会出现老化、承载力降低等现象,进而可能出现不能满足使用要求的情况。因此,研究如何对钢结构进行加固,已成为一项土木领域中的重要研究内容。碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)因具有质量轻、强度高、耐腐蚀等优点被应用于钢结构加固中。本文在国内外研究成果的基础上,采用试验研究、理论分析及计算机模拟相结合的方法,对(预应力)CFRP布加固腐蚀钢梁、(预应力)CFRP布加固腐蚀钢与混凝土组合梁的力学性能进行了研究。通过试验,研究了 CFRP布加固腐蚀钢梁的受力性能。试验结果表明:腐蚀程度对钢梁的屈服和极限承载力影响较大;超载循环100次的钢梁比未超载钢梁屈服承载力提高9%,极限承载力降低6%;超载产生的冷加工硬化作用随着钢梁腐蚀程度的增加而减小;2层CFRP布加固后的超载钢梁比1层CFRP布加固的钢梁屈服、极限承载力分别提高38%、25%;CFRP布均未达到极限状态,超载钢梁CFRP布的应变均比未超载钢梁小。通过试验,研究了预应力CFRP布加固腐蚀钢梁的受力性能。试验结果表明:预应力CFRP布加固钢梁比未加固钢梁的屈服、极限承载力分别提高18%、17%,比未施加预应力加固钢梁的刚度提高16%;预应力的施加可以明显提高超载钢梁的延性;预应力CFRP布能够达到极限状态,超载钢梁预应力CFRP布的应变均比未超载钢梁小。分别利用弹性法和能量法建立了温度和CFRP徐变共同作用下CFRP布与钢梁之间的界面滑移、CFRP布拉力和钢梁变形的计算公式,同时建立了混凝土徐变作用下混凝土板与钢梁之间的界面滑移增量、轴向力增量和组合梁变形增量的计算公式。计算结果表明:对于CFRP布加固钢梁,滑移和CFRP布拉力随温度、徐变下荷载的增加而增加,徐变下胶层刚度对CFRP布拉力和变形的改变很小;对于CFRP布加固钢与混凝土组合梁,滑移、轴向力和变形增量随着荷载的增加而增加,连接刚度增加的幅度越大,轴向力增量增加的幅度越小。利用ABAQUS有限元分析软件,建立了(预应力)CFRP布加固腐蚀钢梁、(预应力)CFRP布加固腐蚀钢与混凝土组合梁的计算模型,计算结果表明:对于CFRP布加固钢梁,腐蚀程度的增加会明显降低构件的刚度与极限承载力,极限承载力随着翼缘和CFRP布宽度的增加,腹板、翼缘和CFRP布厚度的增加而增大,预应力的施加可提高CFRP布的利用率,预应力度每增加7%左右,CFRP布的应力值可增加约3%,超载下,循环次数的增加会降低屈服承载力,超载幅值的增加会提高屈服承载力,但会降低极限承载力。对于CFRP布加固组合梁,承载力随混凝土强度的增加、钢梁腐蚀程度的减小、预应力度的增加而增大,腹板和翼缘厚度的增加会分别降低、提高钢梁拉应力和CFRP布的应力;循环荷载下,混凝土强度的增加对承载力影响较小,钢梁强度越大,承载力越大,CFRP布越厚,循环后CFRP布的应力越小。
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