【摘 要】
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近年来,纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)被广泛应用于加固领域中,FRP抗剪加固钢筋混凝土(Reinforced Concrete,简称RC)梁的力学性能则是其中一个重要课题。剪跨比和箍筋锈蚀是影响FRP抗剪加固性能的两个重要因素,为了研究剪跨比和箍筋锈蚀率两者耦合作用对FRP加固RC梁抗剪性能的影响机理和规律,本文通过有限元软件ATENA对18根不同
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目《考虑锈胀作用与剪切模式的钢筋混凝土梁FRP抗剪加固机理及模拟》,项目编号为:51678365;《FRP直筋/网格箍-混凝土梁的力学性能试验研究及设计理论》,项目编号为:51878415; 国家自然科学基金青年科学基金项目《基于多种无损检测技术的锈蚀钢筋混凝土梁的失效机制与性能劣化规律研究》,项目编号为:51708359;
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近年来,纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)被广泛应用于加固领域中,FRP抗剪加固钢筋混凝土(Reinforced Concrete,简称RC)梁的力学性能则是其中一个重要课题。剪跨比和箍筋锈蚀是影响FRP抗剪加固性能的两个重要因素,为了研究剪跨比和箍筋锈蚀率两者耦合作用对FRP加固RC梁抗剪性能的影响机理和规律,本文通过有限元软件ATENA对18根不同剪跨比(1、2和3)、不同箍筋锈蚀率(5%、10%和15%)和是否外贴U型FRP抗剪加固的RC梁进行了系统的有限元分析。本文从锈蚀箍筋力学性能的劣化、箍筋-混凝土粘结性能的改变和混凝土性能的劣化三个方面考虑箍筋锈蚀对钢筋混凝土梁的影响,结合断裂能理论和裂缝带理论,建立了有限元模型,并得出了以下结论:(1)在有限元的角度,验证了箍筋锈蚀和剪跨比均会影响RC梁的抗剪承载力这一结论。箍筋锈蚀率一定时,随着剪跨比的增加,其抗剪承载力随之下降;剪跨比一定时,低锈蚀率下梁的抗剪承载力基本不受影响,而锈蚀率比较大的时候,梁的抗剪承载力明显下降。(2)箍筋锈蚀会影响箍筋-混凝土之间的粘结性能,粘结性能的改变对梁的最大裂缝宽度有影响,但是对梁的抗剪承载力和主裂缝发展分布影响不大。(3)基于固定裂缝模型的模拟梁在荷载-挠度曲线和裂缝分布图上与试验结果较为吻合,本文建议使用固定裂缝模型建立相应的有限元模型分析梁的抗剪性能;对于本研究的有限元模型,单元尺寸效应对剪跨比较小的梁影响明显,而对剪跨比较大的梁影响不大;塑性位移对剪跨比较小的梁的延性影响较大,两者呈现正相关关系,而对剪跨比较大的梁影响不大。(4)有限元模型所预测的荷载-挠度曲线、主裂缝发展分布和构件破坏形态等主要力学性能均与试验结果较为吻合,验证了该有限元模型的有效性和普适性。最后,本文建立三维有限元模型以及多种剪跨比下混凝土梁的有限元模型,验证了本文提出的有限元模型的有效性和适用性。此外,本文选取了在有限元模型建立过程中影响较大的参数进行分析,研究了不同裂缝模型、单元尺寸和塑性位移对模拟梁抗剪性能及其裂缝分布的影响。
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