第1章 绪论
1.1课题背景和意义
到目前为止，钢筋混凝土依然是我国被使用最广泛的建筑材料，钢筋混凝土结构不但刚度大、强度高而且它相对于钢结构来说造价低，可模性和整体性很好，能够比较好的抵抗地震带来的震动和冲击作用，并大量被应用到桥梁、隧道、住宅和工业等领域。但是在人为因素和自然环境等外界条件影响下，例如：地震、幢击、腐蚀、设计规范要求提高、负荷增大、施工错误和建筑用途发生变化等等因素的影响，使结构在正常使用情况和年限下，由于混凝土自重比较大，材料和结构的使用年限有限，加剧了一些民用建筑、工业建筑和桥梁隧道结构的承载力不足，抗力和功能逐渐衰退，这样就大大减少了结构的使用寿命，这就促使结构安全存在极大的隐患，人们的生命和财产安全受到威胁。为了使结构能安全持久的继续工作，就必须采取一定的补救措施，对结构进行加固和补强使在役的混凝土结构很好的继续工作[1-2]。当下结构加固技术飞速提升，许多加固建筑结构的方法日益流行。一般主要有直接加固法和间接加固法[3-4]。近年来，在上述的加固方法中，外部粘贴纤维复合材料的加固方法它的优点有耐高温、耐腐蚀、轻质高强、可塑性强和施工简便等，并且 FRP 材料的造价逐渐降低，这也成为世界各国不断发展该项加固技术的动力。FRP 材 料加固钢筋 混凝土 结构技术的研究源自瑞士联邦实验室(EMPA)(Meier et al.1993)[5]。1984 年就对碳纤维（CFRP）板加固钢筋混凝土梁进行了实验。FRP 材料是由树脂基体和连续纤维复合而成，种类一般分为：碳纤维增强复合材料（CFRP）、芳纶纤维增强复合材料(AFRP)和玻璃纤维增强复合材料（GFRP）[6]。
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1.2 纤维增强复合材料加固技术与可靠度研究
自 1997 年来，我国权威建筑研究中心对纤维增强复合材料的加固技术进行深入研究，各省的建筑研究院以及重点高校也对纤维复合材料应用于实际工程的加固技术都陆续进行了研究。CFRP 在我国于 1998 年第一次被应用到实际工程当中，第二年 CFRP 使用量相比前一年就增加了大约 4 倍。2005 年，中国建筑东北设计研究院和大连理工大学海岸与近海工程国家重点试验室任海东等人[7]研究了钢筋混凝土梁的受剪破坏，对 FRP 抗剪公式进行了简化，计算结果表明 FRP 外贴钢筋混凝土抗剪作用与箍筋的作用类似，为达到更好的预想效果，应用时应与设计计算抗剪公式配合实施。曾宪伟[8]等人对试验梁在四点弯曲荷载的前提下，对含有微裂缝的 FRP 片材加固后的 RC 梁建立了以试验梁跨中截面裂缝和 FRP 布与试验梁跨中界面损伤的分层剪滞模型，并对 FRP 板材在断裂模式的情况下，研究了纤维材料的极限承载力和应力分布状态。研究表明，随着梁界面剪切强度的增加应力集中也随之增加，相反界面损伤区长度随之减小，极限强度出现先增加后减小的现象。吴业飞等人[9]对混凝土和纤维材料之间的粘结强度进行了研究，并以内聚力模型（Cohesive Zone Model）为基础，采用三线性应力-张开位移模型，进行单剪试验有限元模拟，结果与文献吻合并且对参数进行分析，发现内聚参数对计算结果的影响规律，为内聚参数的合理选取提供参考。
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第2章 结构可靠度分析的基本理论
2.1 结构可靠度的基本概念理论
工程结构设计的目的在于能够最大限度的满足经济效益和使用效益，使它的失效概率在满足功能和经济的前提下，最大限度满足人们的要求。在进行结构设计时，需要很多相关的但往往又存在不确定性的设计参数。荷载一般大体上被分为直接作用荷载和间接作用荷载。直接作用荷载：直接作用在结构上的荷载，如结构上所承受的必要设备设施、人群等。间接作用荷载：能够引起结构变形的作用的荷载，比如风荷载、雪荷载和温度等。荷载效应:由作用在结构上的荷载而引起结构内力和变形，也称为作用效应，用 S 表示。抗力：结构和材料能够承受的作用效应，用 R 表示。结构整体或者是局部结构不能在特定状态下，满足设计规定的特定功能的要求，此特定状态称为极限状态。它是判断结构是否可靠的临界状态和依据。可靠度即可靠性的概率度量是指在规定的时间和条件下结构能够完成预定功能的概率[48]。结构可靠性是结构在规定时间和条件下具有满足预期的安全性、适用性和耐久性等功能的能力[48]。可靠性的影响因素有很多不确定性，一般是出现和发生结果的不定性。比如荷载的不定性、计算模型的不完善、材料性或许变异的可能性、施工质量优异等随机性因素。
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2.2 结构可靠性的分析方法
一次二阶矩法是假设结构功能函数 Z 在服从正态分布的前提下，将非线性功能函数展开成泰勒级数，取至一次项并按照结构可靠性指标的定义求解可靠度的一种计算方法。中心点法即是将功能函数在随机变量的均值点展开的泰勒级数并取至一次项，利用随机变量的均值和方差计算功能函数的可靠度。Monte Carlo 方法又被称之为随机模拟方法（或是统计试验方法）。模拟结果为随机变量，模拟结果的变异系数反映了模拟失效概率的精度。当变异系数较大时就表示模拟的精度很低，相反精度会很高。为了提高模拟的精度一般可以采用增加模拟次数的方法或是降低变异系数的取值，通常该种方法工作量非常大而且繁琐，计算时间长，一般常作为相对精确解校核和验证试验结果来使用。
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第 3 章 芳纶纤维加固钢筋混凝土梁试验研究.....22
3.1 AFRP 加固钢筋混凝土梁的试验研究 ....22
3.2 AFRP 加固钢筋混凝土梁的有限元分析 .....31
3.3 本章小结 .....40
第 4 章 钢筋混凝土梁的可靠度分析.....41
4.1 荷载和抗力的统计分析 ......41
4.2 未加固梁可靠度分析 .....47
4.3 本章小结 .....57
第 5 章 AFRP 加固钢筋混凝土梁的可靠度分析......58
5.1 AFRP 加固钢筋混凝土梁的可靠性指标 .....585
5.2 计算结果 .....60
5.3 加固前后对比 .......65
5.4 本章小结 .....71
第5章 AFRP 加固钢筋混凝土梁的可靠度分析
5.1 AFRP 加固钢筋混凝土梁的可靠性指标
结构抗力在一般情况下是与时间无关的随机变量，它主要与结构几何参数、材料性能和计算模式的不定性有关。对于目前现行 FRP 加固的规范计算来讲，结构抗力主要依靠于材料混凝土、钢筋和 FRP 的力学性能。我们针对加固后的结构的抗弯计算进行总结如下所述。本文的混凝土抗压模型采用第三章讲述抗压模型，如图 3-11a 所示，其中cf 为混凝土峰值应力，cu为混凝土极限压应变，对于不超过 C50（本文试验梁为 C30）的混凝土强度等级取 0.0033。文章中可靠度的计算将会涉及到混凝土强度的平均值、混凝土强度的标准值和混凝土强度的设计值，其中混凝土强度的标准值与分项系数的比值为混凝土强度设计值。钢筋模型采用的是理想弹塑性模型，应力-应变关系见图 3-11b 所示，其中yf 为钢筋的屈服应力，y 为钢筋屈服时的应变。钢筋强度标准值、钢筋强度设计值及钢筋的弹性模量均按照上一章所述的表取值。芳纶纤维布主要涉及的是单向纤维布，应力-应变关系见图 3-11c 所示，其中afuf 为材料的极限抗拉强度，afu为材料的极限拉应变。本章加固梁的计算模型中芳纶纤维布的宽度采用10mm 宽来进行计算，纤维布的计算厚度为纤维布的单位面积质量除以纤维密度。
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结论
本文以试验结合有限元数值模拟分析为基本思路，对钢筋混凝土梁经过芳纶纤维布加固后构件的抗弯力学性能进行了研究。钢筋混凝土梁在被不同AFRP 布加固量加固的前提下，进行了变形、挠度以及应力、应变数值变化分析。对加固的 RC 梁在静力加载下应力、应变的变化规律以及该构件的极限承载力的增强程度进行观察和总结。利用 MATLAB 软件以试验梁为基础并结合可靠度基本理论，采用 JC 法计算加固前后 RC 梁在不同荷载组合情况下的可靠度，观察分析可靠度的变化规律。最后把本论文研究的结果总结归纳如下：
（1）使用芳纶纤维布补强钢筋混凝土梁的受弯承载力的加固方法是非常有效的，明显增强了试验梁的受弯承载力，极限受弯承载力的增强效果尤为显著。
（2）经芳纶纤维布加固后的钢筋混凝土梁，在极限荷载作用下的裂缝宽度较参考梁的明显减小，这就表明芳纶纤维布能够有效加强结构的抗弯刚度，从而构件挠度的发展受到控制。
（3）芳纶纤维在一定程度上能够增加结构构件的延性比，但是当AFRP 的使用量过多时加固效果会适得其反。同时加固梁的极限承载力会随AFRP 加固量的增加而增加，但是加固梁的极限承载能力提高程度不与AFRP 布的加固量表现为线性关系。
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参考文献（略）