土木工程研究生答辩

1、预制装配式GFRP筋混凝土框架结构的节点分析与施工工艺答辩人：刘志威指导老师： 涂建维专业： 建筑与土木工程1CONTENTS12435研究背景有限元模拟施工工艺节点连接结论与展望21研究背景3钢筋混凝土FRP筋混凝土价格低廉，应用广泛腐蚀环境中，钢筋易锈蚀1研 究 背 景连续纤维和树脂组成耐腐蚀性好4FRP筋耐腐蚀顺纤维向抗拉强度高电磁绝缘性好疲劳性能优良密度小质量轻1研 究 意 义RESEARCH SIGNIFICANCE5研究目的 FRP筋与钢筋的各方面性能相差较大，钢筋混凝土框架结构的相关技术不能完全照搬到FRP筋混凝土框架结构中。为了推广FRP筋混凝土框架结构在实际工程中的使用，必须

2、加强这方面的研究。无法焊接现场加工困难1研 究 背 景RESEARCH BACKGROUNDS6热固性材料，一旦固化后，加热后不能使其软化FRP材料是各向异性材料，抗剪强度难，FRP箍筋的弯折也必须在工厂中一次性加工完成。1研 究 意 义RESEARCH SIGNIFICANCE7FRP筋连接困难FRP箍筋的弯折也必须在工厂中一次性加工完成现场加工困难装配式结构FRP筋的加工在预制场进行周期短，环保，改进FRP筋的连接节点的分析施工工艺1研 究 背 景RESEARCH BACKGROUNDS节点的构造8FRP筋的制作1研 究 背 景RESEARCH BACKGROUNDS1 . 1 压 差 沉

3、 降 在 线 监 测 系 统注 ： 监 测 系 统 沉 降 计 算 公 式 见 论 文 2 . 1 节 。91研 究 背 景RESEARCH BACKGROUNDS1 . 2 压 差 变 形 测 量 传 感 器101研 究 背 景RESEARCH BACKGROUNDS1 . 3 压 差 沉 降 在 线 监 测 系 统 云 平 台111研 究 背 景RESEARCH BACKGROUNDS1 . 4 压 差 沉 降 在 线 监 测 系 统 存 在 的 问 题存在的问题数据稳定性实际监测工程中会遇到监测数据异常波动的情况，与人工监测数据相差较大。安装工艺由于压差沉降在线监测系统的安装有着十分严格

4、的要求，安装过程精细度要求很高，难免会出现因安装人员的安装误差而导致监测系统的数据不准确，若对系统组件进行结构优化，提高安装便利性，将能有效减小安装人员在实际监测工程中的安装误差。122节点连接13研究过程14253装配式钢筋节点装配式FRP筋节点结论与建议钢筋与GFRP筋的区别工程应用2研 究 框 架RESEARCH FRAMWORKS142研 究 框 架RESEARCH FRAMWORKS15 套筒灌浆连接套筒灌浆连接的原理是将两端的GFRP伸入套筒中，再在套筒中注入高强微膨胀混凝土砂浆。连接的机理是套筒内的砂浆的微膨胀性，凝固后受到套筒的围束作用，GFRP筋通过与砂浆的机械咬合力和摩擦力

5、传递应力。2研 究 框 架RESEARCH FRAMWORKS16基础与柱钢筋内插连接2研 究 框 架RESEARCH FRAMWORKS17基础与柱FRP筋内插连接FRP筋横向抗剪能力差杯型基础2研 究 框 架RESEARCH FRAMWORKS18柱与梁装配式钢筋混凝土节点焊接、螺栓强度高，整体性好装配式FRP筋混凝土节点套筒连接胶结绑接强度不高，整体性差叠合结合2研 究 框 架RESEARCH FRAMWORKS19柱与梁叠合结构混凝土叠合结构是指预制混凝土梁板顶部在现场后浇混凝土而形成一个整体，2研 究 框 架RESEARCH FRAMWORKS20柱与梁钢筋2研 究 框 架RESEA

6、RCH FRAMWORKS21柱与梁FRP筋1：梁的剪力键和U型柱：增强节点的抗剪能力和结构的整体性2：纵筋连接：套筒连接、胶结、绑接3：加强钢筋：增强整体性，提高抗剪能力4：沟槽：增强整体性2研 究 框 架RESEARCH FRAMWORKS22梁与板钢筋叠合结构2研 究 框 架RESEARCH FRAMWORKS23梁与板FRP筋叠合结构1：剪力键和U型梁：增强节点的抗剪能力和节点的整体性2：纵筋连接：套筒连接、胶结、绑接3：加强钢筋：增强整体性，提高抗剪能力4：沟槽、分布筋：增强整体性2研 究 框 架RESEARCH FRAMWORKS24外墙的连接钢筋2研 究 框 架RESEARCH

7、FRAMWORKS25外墙的连接FRP筋3有限元模拟263优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT27第一组（ZL1）：梁柱边节点，筋材采用GFRP筋。第二组（ZL2）：梁柱边节点，筋材采用钢筋。第三组（ZL3）：梁柱边节点，筋材采用GFRP筋，纵筋配筋率为第一组的二倍，箍筋的配筋率不变。第四组（ZL4）：梁柱中节点，筋材采用GFRP筋。第五组（ZL5）：梁柱中节点，筋材采用钢筋。3优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT28ZL1ZL4柱8*12 GFRP筋预制梁2*12 GFRP筋现浇梁3*12 GFRP筋ZL2ZL5柱8*12 钢筋预制梁2*12 钢筋现浇梁3*12

8、钢筋ZL3柱16*12 GFRP筋预制梁4*12 GFRP筋现浇梁6*12 GFRP筋3优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT29试件编号ZL1ZL2ZL3ZL4ZL5极限承载力6464.8N7649.737530.42N14583.99N20063.73N3优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT30LB1LB4预制梁5*12 GFRP筋预制板16*12 GFRP筋现浇板16*12 GFRP筋LB2LB5预制梁5*12 钢筋预制板16*12 钢筋现浇板16*12 钢筋LB3预制梁10*12 GFRP筋预制板32*12 GFRP筋现浇板32*12 GFRP筋3优 化 实

9、验OPTIMAL EXPERIMENT31试件编号LB1LB2LB3LB4LB5 极限承载力（N）14157.415733.9215855.713914.9615299.763优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT32普通橡胶混凝土普通橡胶混凝土适当增大配筋率碳纤维布加固3优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT33碳纤维布加固3优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT3 . 1 腔 体 改 型 传 感 器 标 定 实 验343优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT实验结论3 . 1 腔 体 改 型 传 感 器 标 定 实 验353优 化 实 验OP

10、TIMAL EXPERIMENT实验结论3 . 1 腔 体 改 型 传 感 器 标 定 实 验 受压腔腔体改型对压差变形测量传感器的精度基本不影响，仍然可以达到其综合精度指标。363优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT3 . 2 单 个 传 感 器 排 气 泡 加 热 实 验373优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT3 . 2 单 个 传 感 器 排 气 泡 加 热 实 验实验结论 在相同排气泡的措施下，受压腔腔体改型后更容易排出气泡，其中6mm粗孔锥腔传感器在升温过程中稳定性最好，能为压差沉降在线监测系统的安装带来便利。383优 化 实 验OPTIMAL EXPE

11、RIMENT3 . 3 系 统 水 路 管 道 规 格 选 型 实 验393优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT3 . 3 系 统 水 路 管 道 规 格 选 型 实 验403优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT实验结论 压差沉降在线监测系统的水路连接统一采用1612mm规格的PU管，将利于保证监测系统的数据稳定性。3 . 3 系 统 水 路 管 道 规 格 选 型 实 验413优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT3 . 4 室 内 上 下 行 水 路 弯 管 布 置 升 温 模 拟 实 验423优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT3 .

12、 4 室 内 上 下 行 水 路 弯 管 布 置 升 温 模 拟 实 验433优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT实验结论 压差沉降在线监测系统的安装过程中，要尽可能保证所有测点的连接水路均在一条水平线上，消除水路弯管布置对测量结果的影响。3 . 4 室 内 上 下 行 水 路 弯 管 布 置 升 温 模 拟 实 验444施工工艺454计 算 公 式 修 正COCULATION CORRECTION46施工组织设计GFRP筋的加工预制构件在工厂制作预制构件的运输预制柱安装预制梁安装预制板安装节点和现浇叠合层GFRP筋的连接、铺设浇筑叠合梁、板和节点的混凝土预制外墙吊装与固定基础与

13、预埋插筋的制作涂刷脱模剂GFRP筋的入模预埋件的安装混凝土的浇筑养护、脱模起吊、验收、标示、入库模具的清理与组装4计 算 公 式 修 正COCULATION CORRECTION47施工组织设计预制柱的进场、验收控制线的设置安装吊具预制柱的吊装 预制柱的就位校正、支撑固定脱钩预制柱的进场、验收控制线的设置设置梁底支撑预制梁的吊装 预制梁的就位校正、微调固定脱钩2研 究 框 架RESEARCH FRAMWORKS48GFRP筋与连接件的加工3优 化 实 验OPTIMAL EXPERIMENT区别改进1342箍筋和弯钩在工厂一次性加工完成FRP筋在后期要避免弯折、高温GFRP筋表面均做粘砂处理连接

14、件中的孔洞必须预制成型49GFRP筋与连接件处理2研 究 框 架RESEARCH FRAMWORKS50 套筒灌浆连接2研 究 框 架RESEARCH FRAMWORKS51 碳纤维布加固4计 算 公 式 修 正COCULATION CORRECTION52吊装准备质量检查构件编号设置控制点设置临时支撑水平、垂直度千斤顶慢起、稳升、缓放注意安全，避免旋转与主体结构固定后脱钩构件吊装校正固定2研 究 框 架RESEARCH FRAMWORKS534计 算 公 式 修 正COCULATION CORRECTION54施工组织设计GFRP筋的加工预制构件在工厂制作预制构件的运输预制柱安装预制梁安装预

15、制板安装节点和现浇叠合层GFRP筋的连接、铺设浇筑叠合梁、板和节点的混凝土预制外墙吊装与固定预制柱的进场、验收控制线的设置安装吊具预制柱的吊装 预制柱的就位校正、支撑固定脱钩基础与预埋插筋的制作预制柱的进场、验收控制线的设置设置梁底支撑预制梁的吊装 预制梁的就位校正、微调固定脱钩4计 算 公 式 修 正COCULATION CORRECTION4 . 2 拟 合 水 密 度 随 温 度 变 化 曲 线231( 0.00850.0670999.8400)/ TTkg m232( 0.00450.01851000.3000)/ TTkg m554计 算 公 式 修 正COCULATION CORR

16、ECTION4 . 3 计 算 公 式 的 修 正565工程实例575工 程 实 例ENGINEERING PROJECT5 . 1 工 程 概 况 本 次 监 测 项 目的 目 标 建 筑 物 为 南昌 织 带 厂 宿 舍 # 2楼 ， 该 楼 为 一 栋 5层 砖 混 结 构 浅 基 础居 民 楼 ， 外 部 尺 寸为 3 6 . 4 9 . 2 m ，楼 高 1 5 . 3 m ， 基础 埋 深 2 . 5 m ， 距辛 家 庵 地 铁 站 主 体基 坑 最 近 处 约9 . 5 m 。585工 程 实 例ENGINEERING PROJECT5 . 2 在 线 监 测 方 案压差式变形

17、测量传感器选择型号为FS-LTG-Y500，满量程为500mm、综合监测精度为0.1FS的6mm锥腔压差式变形测量传感器一台8通道的FS-D08采集仪作为数据采集设备选择大容量的无线数据传输模块FS-DTU水、气路连接管数据采集仪无线数据传输模块选择1612mm的PU管作为水路连接，128mm的PU管作为气路连接595工 程 实 例5 . 3 监 测 数 据 对 比60差值在11.5mm内差值在1mm以内76%19%5工 程 实 例差值在1.52mm内5%最大差值1.72mm615工 程 实 例ENGINEERING PROJECT结论 经过长达8个月的沉降监测数据对比，压差沉降在线监测系统的

18、监测结果与人工监测的监测结果基本吻合，各测点沉降趋势一致，说明严格按照安装工艺进行搭建的压差沉降在线监测系统能够满足建筑物沉降监测的要求。626结论与展望63结论Conclusions（1）对于海岛工程结构，使用装配式GFRP筋混凝土，能够解决钢筋易锈蚀的问题。新设计的装配式GFRP筋混凝土节点，通过采用叠合式的结构形式，再采取相应的构造措施，可以很好地保证节点整体性。（2）虽然GFRP筋不易二次加工的特点增加了施工的难度，但是采用装配式的结构形式可以有效地解决GFRP筋在现场加工的问题。另外，装配式结构的施工优点明显，整个装配式GFRP筋混凝土结构的施工难度并不大。（3）与装配式钢筋混凝土节点相比，装配式GFRP筋混凝土节点的受力性能和抗震性能较差，但是通过增大配筋率等措施可以有效解决。6结 论