玻璃纤维复合材料（GFRP）加固钢筋混凝土受压柱的非线性有限元分析

论文摘要

新型纤维复合材料(FRP)加固修复混凝土结构技术在国外已广泛使用。而国内,由于对这种材料认识的不足,目前,还较多的处在试验研究和理论研究阶段,在实际工程中应用还比较少。二次受力问题在混凝土结构加固改造工程中不可避免,现有大量关于应用FRP加固钢筋混凝土柱后,提高混凝土抗压强度和延性的研究,但多以无初始荷载,即一次受力为前提,不符合加固改造工程实际工况。本文以工程实际为切入点,进行了考虑二次受力新型玻璃纤维复合材料(GFRP)加固钢筋混凝土受压柱的非线性有限元分析。本文对加固材料玻璃纤维布(GFRP)的一些力学性能做了详细的介绍,说明了用它作为加固材料所具有的优点,也介绍了钢筋混凝土的非线性有限元的基本理论,包括本构关系,破坏准则以及非线性有限元模型。应用ANSYS软件建立了玻璃纤维布加固钢筋混凝土柱的三维有限元计算模型,对加固柱进行了模拟分析,并与已有试验结果进行比较,对其各项力学性能进行了定量分析,验证了有限元分析方法的可靠性。在此基础上,利用生死单元对二次受力情况下,玻璃纤维布加固钢筋混凝土实体柱进行了模拟分析,通过模拟分析,研究了有关参数对受力性能的影响。这对于减少试验工作量,获取更多可靠数据,推进新型材料在工程实际中的应用都具有重要意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钢筋混凝土结构的补强加固技术
• 1.1.1 传统补强加固法
• 1.1.1.1 加大截面加固法
• 1.1.1.2 预应力加固法
• 1.1.1.3 改变结构体系方法
• 1.1.1.4 外包钢加固法
• 1.1.1.5 粘钢加固法
• 1.1.1.6 喷射混凝土技术
• 1.1.2 新型纤维复合材料FRP加固技术
• 1.1.2.1 FRP布的加固
• 1.1.2.2 FRP板材加固
• 1.1.2.3 FRP型材加固
• 1.1.2.4 FRP棒材加固
• 1.1.2.5 FRP短纤维加固
• 1.2 研究的背景
• 1.3 研究的意义
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 国内研究现状
• 1.4.2 国外的研究现状
• 1.4.3 对目前研究现状的总结
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 1.5.1 论文研究的主要内容
• 1.5.2 论文的创新点
• 第2章 纤维布（FRP）的种类、性质和特点
• 2.1 纤维复合材料的种类
• 2.2 纤维复合材料FRP的性质
• 2.2.1 纤维复合材料FRP的物理性能
• 2.2.2 FRP的力学性能
• 2.2.2.1 纤维复合材料FRP的抗拉强度
• 2.2.2.2 纤维复合材料FRP的抗压强度
• 2.2.2.3 粘结性能
• 2.2.2.4 长期性能
• 2.2.3 树脂的性能
• 2.3 外贴FRP布的补强加固技术的特点
• 2.4 外贴FRP布补强加固技术的施工方法
• 2.5 外贴FRP在加固钢筋混凝土柱中的应用
• 2.6 应用FRP加固目前在我国存在的问题
• 2.7 国内外应用GFRP加固钢筋混凝土柱的实际工程应用
• 2.8 本章小结
• 第3章 应用GFRP加固钢筋混凝土受压柱的非线性有限元基本理论
• 3.1 钢筋混凝土的非线性基本理论概述
• 3.1.1 非线性的基本概念
• 3.1.2 钢筋混凝土非线性分析的意义
• 3.2 钢筋混凝土非线性有限元分析的基本理论概述
• 3.2.1 有限元法的基本概念
• 3.2.2 钢筋混凝土材料的本构关系
• 3.2.2.1 线弹性本构模型
• 3.2.2.2 非线性弹性本构模型
• 3.2.2.3 弹塑性本构模型
• 3.2.2.4 流变学模型
• 3.2.2.5 内时理论
• 3.2.2.6 断裂力学理论
• 3.2.2.7 损伤力学
• 3.2.3 钢筋混凝土在复合应力下的破坏准则
• 3.2.3.1 古典破坏准则
• 3.2.3.2 近代和现代的破坏准则
• 3.3 钢筋混凝土非线性有限元模型
• 3.3.1 分离式模型
• 3.3.2 组合式单元
• 3.3.3 整体式单元
• 3.4 本章小结
• 第4章 玻璃纤维布（GFRP）加固钢筋混凝土柱轴心受压的力学性能
• 4.1 未加固钢筋混凝土轴心受压柱的受力分析
• 4.1.1 钢筋混凝土柱的配筋形式及其作用
• 4.1.2 受力分析和破坏特征
• 4.2 玻璃纤维布（GFRP）加固钢筋混凝土轴心受压柱受力特征
• 4.3 玻璃纤维布（GFRP）约束钢筋混凝土柱的强度模型
• 4.3.1 约束钢筋混凝土圆形截面柱的强度模型
• 4.3.2 约束钢筋混凝土矩形截面柱的强度模型
• 4.4 约束钢筋混凝土柱的本构关系
• 4.4.1 约束钢筋混凝土圆形截面的本构关系
• 4.4.2 约束钢筋混凝土矩形截面柱的本构关系
• 4.5 FRP加固钢筋混凝土轴心受压柱的承载力计算
• 4.5.1 基本计算公式
• 4.5.2 设计建议公式
• 4.6 FRP加固钢筋混凝土轴心受压柱的破坏模式
• 4.7 本章小结
• 第5章 玻璃纤维布（GFRP）加固钢筋混凝土受压柱非线性有限元计算
• 5.1 ANSYS软件的简单介绍
• 5.2 有限单元的选取
• 5.2.1 混凝土单元
• 5.2.2 钢筋单元
• 5.2.3 玻璃纤维布单元
• 5.3 参数定义
• 5.4 建立模型和网格划分
• 5.5 加载、求解
• 5.5.1 边界条件和加载
• 5.5.2 求解
• 5.5.2.1 二次受力
• 5.5.2.2 单元生死
• 5.6 计算结果分析
• 5.6.1 对试件未加固计算结果的分析
• 5.6.2 对加固后钢筋混凝土受压柱的计算结果分析
• 5.6.3 对实体模型构件的计算结果分析
• 5.6.4 对计算结果进行数值分析
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 论文研究内容的主要结果和结论
• 6.2 论文中存在的不足
• 6.3 新型玻璃纤维复合材料加固的应用前景
• 6.4 需要进一步深入研究的工作
• 致谢
• 参考文献
• 附表A 攻读硕士学位期间发表和完成的学术论文目录