表层嵌贴FRP抗弯加固RC梁的有限元分析

论文摘要

纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer,简称FRP)以其轻质、高强、抗疲劳等优越的力学性能,广泛地应用于工程结构加固领域之中。表层嵌贴加固法是FRP材料加固钢筋混凝土结构的一种新的应用形式,较外贴加固法在某些方面具有明显优势,具有远大的发展前景。本文结合已有试验数据,采用大型通用有限元软件ANSYS 10.0建立了表层嵌贴CFRP板条抗弯加固钢筋混凝土梁的三维非线性有限元模型,数值模拟了加载的全过程。然后将该模型用于加固梁抗弯性能的参数影响分析,主要考察了承载力、刚度、延性和破坏模式等方面。最后对表层嵌贴FRP抗弯加固梁中不同材料的应力分布规律进行了初步的探讨,获得了试验中相对不易观察到的数据。研究结果表明:加固后,梁的极限承载力和开裂后刚度得到了较大的提高;CFRP板条的嵌贴长度、宽度、厚度、弹性模量、抗拉强度和胶层的弹性模量对加固梁的抗弯性能有较大影响;在板端附近,FRP的正应力沿板宽方向的分布发生了奇异,与纯弯段有较大区别;对于不同嵌贴长度的加固梁,胶层中的最大剪出现的位置是不相同的。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 FRP加固技术简介
• 1.3 FRP加固结构有限元分析方面的进展
• 1.4 本课题的研究意义与本文的思路
• 第2章 表层嵌贴 FRP抗弯加固研究进展
• 2.1 引言
• 2.2 试验研究
• 2.3 理论研究
• 2.3.1 弯曲破坏时极限承载力的计算
• 2.3.2 剥离破坏时极限承载力的计算
• 2.4 有限元分析
• 2.5 工程实例
• 2.6 本章小结
• 第3章 CFRP板条NSM抗弯加固梁有限元模型的建立
• 3.1 引言
• 3.2 有限元软件以及对比试验数据的选择
• 3.2.1 分析软件的选择
• 3.2.2 分析类型的选择
• 3.2.3 对比试验的选择
• 3.3 有限元模型的建立
• 3.3.1 前处理
• 3.3.1.1 单元的选取和设置
• 3.3.1.2 实常数的定义
• 3.3.1.3 本构关系的设定
• 3.3.1.4 网格划分
• 3.3.2 加载与求解
• 3.3.2.1 荷载和约束的施加
• 3.3.2.2 求解设置
• 3.3.3 后处理
• 3.3.3.1 计算结果的提取
• 3.3.3.2 破坏模式的判定
• 3.3.4 剪力传递系数的选择
• 3.4 有限元计算与试验结果的对比与分析
• 3.4.1 有限元计算所得荷载值
• 3.4.2 有限元计算所得荷载—跨中位移曲线
• 3.5 本章小结
• 第4章 加固梁抗弯性能的参数影响分析
• 4.1 引言
• 4.2 CFRP板条方面的参数
• 4.2.1 嵌贴长度
• 4.2.2 CFRP板条的宽度
• 4.2.3 CFRP板条的厚度
• 4.2.4 CFRP板条的弹性模量
• 4.2.5 CFRP板条的泊松比
• 4.2.6 CFRP板条的抗拉强度
• 4.3 与胶层相关的参数
• 4.3.1 槽宽
• 4.3.2 槽深
• 4.3.3 胶的弹性模量
• 4.4 本章小结
• 第5章 表层嵌贴FRP抗弯加固梁的应力分析
• 5.1 引言
• 5.2 线弹性模型的应力分析
• 5.3 非线性模型的应力分析
• 5.3.1 对比梁BC-a
• 5.3.2 加固梁BL-20-a-200
• 5.3.3 加固梁BL-20-a-900
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论和深入研究的建议
• 6.1 本文的主要工作和结论
• 6.1.1 主要工作
• 6.1.2 主要结论
• 6.2 未来研究展望
• 参考文献