【摘 要】
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碳纤维增强复合材料(Carbon-fiber-reinforced polymer,简称CFRP)是一种轻质高强,耐腐蚀性能优良的高分子复合材料。碳纤维网格筋是一种新型纤维复合材料构造形式,具有良好的整体受力性能和抗滑移性能,近年来在结构加固领域内应用较为广泛。混凝土板抗冲切性能研究是结构工程领域中的一项焦点问题,混凝土板冲切破坏常发生于无梁楼盖、桥梁、桩基承台和独立基础等结构体系中。相较于传统的
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“高性能纤维增强复合材料与新型结构关键技术研究与应用”(2017YFC0703002);
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碳纤维增强复合材料(Carbon-fiber-reinforced polymer,简称CFRP)是一种轻质高强,耐腐蚀性能优良的高分子复合材料。碳纤维网格筋是一种新型纤维复合材料构造形式,具有良好的整体受力性能和抗滑移性能,近年来在结构加固领域内应用较为广泛。混凝土板抗冲切性能研究是结构工程领域中的一项焦点问题,混凝土板冲切破坏常发生于无梁楼盖、桥梁、桩基承台和独立基础等结构体系中。相较于传统的钢筋混凝土板,通过在新建混凝土板中配置碳纤维网格筋提高其抗冲切性能是一种新的思路。本文在已有研究的基础上开展了10块混凝土板的抗冲切性能试验,包含9块配置碳纤维网格筋的混凝土板(试验组),1块普通钢筋混凝土板(对照组)。研究了碳纤维网格筋等效替代参数、板底受弯筋材配筋率和抗冲切网格布置形式(“口”字型、“米”字型和“井”字型)等因素对混凝土板抗冲切力学性能的影响。试验结果表明:(1)碳纤维网格筋可以替代普通钢筋作为混凝土板的受弯筋材抵抗冲切作用,等效替代参数λsub约为0.83;(2)板底受弯筋材配筋率对混凝土板的冲切破坏模式和抗冲切承载力有直接影响,混凝土板抗冲切承载力的增长与受弯筋材配筋率ρf密切相关;(3)相比于“口”字型和“米”字型的抗冲切碳纤维网格筋布置形式,配置“井”字型抗冲切网格更有助于提升混凝土板的抗冲切承载能力和变形能力。在混凝土板冲切性能试验研究的基础上,进行了配置碳纤维网格筋混凝土板的抗冲切理论分析,提出了碳纤维材料与钢筋之间的材料等效替代参数和抗冲切碳纤维网格筋承载力贡献系数,建立了适用于低配筋率混凝土板的塑性铰线力学模型,以及适用于高配筋率混凝土板的斜压区劈裂模型。经计算,针对各试件不同的配筋率和筋材布置形式,采用以上两种方法计算得到的配置碳纤维网格筋混凝土板抗冲切承载力理论值与试验值吻合良好。运用ANSYS有限元软件对配置碳纤维网格筋的混凝土板的冲切性能进行数值模拟。有限元方法得到的分析结果与试验结果具有一致性,数值模拟方法得到的混凝土板内力分布规律跟承载力水平与试件的真实应力分布及承载力水平相差不大。上述混凝土板冲切性能试验、理论分析和数值模拟研究结果表明,配置碳纤维网格筋可以有效提升混凝土板的抗冲切能力和变形能力,在混凝土板中配置碳纤维网格筋具有研究价值和工程应用前景。
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