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碳纤维增强水泥基复材加固前后中度劣化RC梁力学性能研究

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致谢

变量注释表

1绪论

1.1 研究背景及目的意义

1.2 劣化混凝土力学性能研究现状

1.3 锈蚀钢筋力学性能研究现状

1.4 劣化 RC 梁力学性能研究现状

1.5 劣化RC梁承载力计算方法研究现状

1.6 加固劣化 RC 梁力学性能研究现状

1.7 加固劣化 RC 梁抗弯承载力计算方法研究现状

1.8 存在问题

1.9.1 研究内容

1.9.2 技术路线

1.10 研究方案

1.10.1 煤矿自然环境模拟

1.10.2 中度劣化混凝土材料性能试验

1.10.3 锈蚀钢筋力学性能试验

1.10.4 煤矿环境中度劣化RC 梁加固前后力学性能试验

2轻中度劣化混凝土力学性能退化规律

2.1 试验设计与结果

2.2 中性化深度增大规律

2.3 抗压强度退化规律

2.4 劣化混凝土元素含量

2.5 劣化混凝土物相组成

2.6 本章小结

3轻中度锈蚀钢筋力学性能退化规律

3.1 试验设计及结果

3.2 钢筋力学性能

3.3 钢筋锈蚀率发展规律

3.4 钢筋名义屈服强度及极限强度相对值退化规律

3.5 本章小结

4中度劣化RC梁力学性能

4.1 试验设计与结果

4.2 劣化形态

4.3 加载过程及破坏形态

4.4 承载能力

4.5.1 荷载-应变曲线

4.5.2 荷载-跨中挠度曲线

4.5.3 延性

4.6 本章小结

5轻中度劣化RC梁力学性能退化规律及抗弯承载力计算方法

5.1 RC梁破坏形态

5.2 承载能力退化规律

5.3 变形能力演变规律

5.4.1 未劣化梁承载力设计方法

5.4.2 承载力影响因素

5.4.3 轻中度劣化RC梁抗弯承载力计算方法

5.4.4 试验结果验证

5.5 本章小结

6碳纤维增强水泥基复材(CFRCM)加固中度劣化RC梁力学性能

6.1试验设计与结果

6.2 加载过程及破坏形态

6.3 承载能力

6.4.1 荷载-应变曲线

6.4.2 荷载-跨中挠度曲线

6.4.3 延性

6.5 本章小结

7CFRCM加固劣化RC梁力学性能增强规律及抗弯承载力计算方法

7.1 CFRCM 加固中度劣化 RC 梁前后破坏形态

7.2 承载能力增强规律

7.3 变形能力演变规律

7.4 加固后抗弯承载力计算方法

7.6 本章小结

8 结论与展望

8.1 主要结论

8.2 展望

参考文献

作者简历

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摘要

煤炭目前仍是我国能源的主体,煤矿安全生产及废弃空间二次利用对煤矿地面建筑物的承载力和耐久性有着较高的要求。评定煤矿环境RC梁结构可靠性,并及时修复加固对避免因结构破坏造成的经济损失和人员伤亡有着十分重要的意义。 本文结合课题组已有试验数据,采用物理实验和数值计算相结合综合分析了轻中度劣化RC梁混凝土及钢筋力学性能退化规律、RC梁力学性能退化规律及碳纤维增强水泥基复材加固后中度劣化RC梁力学性能增强规律,主要结论和创新成果如下: 1.揭示了轻中度劣化RC梁劣化混凝土力学性能退化规律。拟合得到混凝土中性化深度及混凝土抗压强度的时间函数;随劣化周期延长,轻中度劣化RC梁混凝土中性化程度增长呈现“快慢交替”的趋势;由表及里侵蚀元素和腐蚀产物持续增长;混凝土抗压强度变化呈现出先增大后减小的趋势。 2.得到了轻中度劣化RC梁锈蚀钢筋力学性能退化规律。建立了锈蚀钢筋强度与钢筋锈蚀率的函数关系,拟合得到不同位置钢筋锈蚀率的时间函数;钢筋锈蚀率呈现先慢后快的增加趋势,损伤劣化梁钢筋锈蚀率增长快于劣化梁钢筋锈蚀率;钢筋的屈服强度和极限强度随着锈蚀率的增加呈下降趋势,钢筋强度发展存在波动性且强度损失不大。 3.揭示了轻中度劣化RC梁劣化状态变化规律、RC梁破坏过程及破坏特征演变规律。煤矿环境下RC梁劣化程度随周期增加而加深;7-8周期试验梁破坏过程和破坏特征基本一致;相同周期损伤劣化梁极限承载力明显小于劣化梁极限承载力;截面有效高度的降低、混凝土强度等级的下降是影响轻中度劣化RC梁挠度变化速率的主要因素。 4.建立了轻中度劣化RC梁的抗弯承载力理论计算模型。轻中度劣化RC梁的极限承载力退化呈先快后持续缓慢下降的趋势;变形能力随腐蚀周期呈波动下降趋势;RC梁破坏形态随周期增长由压剪破坏转变为受弯破坏;在煤矿环境下0-8周期RC梁力学性能退化规律基础上,考虑多重腐蚀因素,完善了其抗弯承载力计算方法。 5.得到了CFRCM粘贴碳纤维布和纤维编织网在加固后产生的的不同效果。CFRCM粘贴碳纤维布增强了截面抗弯刚度,承载力增强效果优于粘贴碳纤维编织网,起到刚性加固效果;CFRCM粘贴碳纤维编织网有效地提高了构件的极限位移,增韧效果优于粘贴碳纤维布,起到柔性加固效果。 6.提出了碳纤维增强水泥基复材加固劣化RC梁抗弯承载力计算方法。在碳纤维增强水泥基复材加固RC梁力学性能增强规律的基础上,综合考虑RC梁材料劣化、碳纤维复材有效利用率等因素,对抗弯承载力计算方法进行了修正。CFRCM粘贴碳纤维布或纤维编织网加固劣化RC梁的极限承载力、变形能力得到显著提高,值得进一步研究。

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