钢丝网外喷高强砂浆加固柱数值仿真分析

钢丝网外喷高强砂浆加固柱数值仿真分析

论文摘要

钢丝网外喷高强砂浆加固混凝土结构,是指对混凝土构件进行表面处理后,铺设钢丝网,再粉抹或浇注高性能复合砂浆,使加固层与原构件共同工作,达到提高待加固混凝土构件的工作性能、极限承载力的目的的一种加固方法。采用非线性有限元的分析方法,建立了钢丝网外喷高强砂浆数值仿真模型。其中采用Willam-Warnke五参数模型模拟混凝土材料,利用线性强化模型和弹塑性模型模拟钢筋和钢丝网。该模型能较好的对加固构件进行数值仿真试验,再现加固柱的受力性能、裂缝的开展以及最终的破坏形态。计算结果表明,数值仿真所得出的承载力值与试验结果误差较小,基本吻合,符合规律。这对认识加固构件的加固机理及加固效果是十分有效的。建立了钢丝网外喷高强砂浆加固圆柱和加固倒角柱的数值仿真模型,结果对比分析得出与矩型截面相比,圆型截面的横向约束效果好很多。建立了不同钢丝网直径下加固的数值仿真模型,分析得出钢丝网直径是影响加固效果的一个重要因素。在分析钢丝网外喷高强砂浆加固的研究背景、国内外的研究情况等资料的基础上,根据数值仿真分析结果,对钢丝网外喷高强砂浆加固法的加固机理有了较为系统的认识(。1)钢丝网片水泥砂浆加固构件轴心受压极限承载力提高的主要原因是:原钢筋混凝土柱的截面有所增大致使承载力提高;加固柱在受载过程中,混凝土材料将发生横向应变,使得钢丝网片对原钢筋混凝土柱形成侧向被动约束,随着荷载的加大,混凝土受到的约束作用越强,从而使加固柱的承载力得到大幅度提高。(2)由于钢丝网外喷高强砂浆加固方法能有效约束混凝土的横向变形,延缓了混凝土受压后内部微裂缝的扩展,使柱的刚度明显提高,在其承载力提高的同时,变形能力也大幅度提高,延性增加。根据理论分析和数值仿真分析研究,在认识其加固机理以及分析主要影响因素和加固效果的基础上,探讨了钢丝网外喷高强砂浆加固柱的计算公式。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  • 1.1 目前的研究现状
  • 1.1.1 钢丝网水泥砂浆加固现状
  • 1.1.2 钢丝网水泥砂浆加固与其它加固方法的比较
  • 1.2 研究的目的和意义
  • 1.3 论文的主要工作
  • 2 钢筋混凝土结构非线性有限元分析的原理及过程
  • 2.1 钢筋混凝土非线性有限元分析的意义
  • 2.2 结构分析的非线性问题
  • 2.3 求解有限元非线性方程组的方法
  • 2.3.1 逐步增量法
  • 2.3.2 迭代法
  • 2.3.3 混合法
  • 2.4 非线性方程组的收敛标准
  • 3 钢筋混凝土材料的弹塑性本构关系及有限元力学模型
  • 3.1 概述
  • 3.2 混凝土材料的弹塑性本构关系
  • 3.2.1 混凝土破坏准则
  • 3.2.2 混凝土裂缝的处理
  • 3.2.3 混凝土压碎破坏的处理
  • 3.2.4 分析过程中的几个问题
  • 3.3 钢筋本构关系
  • 3.4 钢筋混凝土结构有限元模型
  • 3.4.1 钢筋混凝土结构有限元模型的建立
  • 3.4.2 混凝土三维块体元
  • 3.4.3 钢筋杆单元
  • 3.4.4 钢丝网膜单元
  • 4 钢丝网加固柱的数值分析
  • 4.1 矩形柱的数值分析
  • 4.1.1 数值模型的建立
  • 4.1.2 模型建立、网格划分及单元生成
  • 4.1.3 后处理
  • 4.1.4 有限元分析结果
  • 4.2 圆柱的数值分析
  • 4.2.1 圆柱的数值分析
  • 4.2.2 边界条件和加载方式
  • 4.2.3 后处理
  • 4.2.4 有限元分析结果
  • 4.3 有倒角的加固柱的数值仿真分析
  • 4.3.1 实体建模及网格划分
  • 4.3.2 边界条件和加载方式
  • 4.3.3 后处理
  • 4.3.4 有限元分析结果
  • 4.4 小结
  • 4.5 不同钢丝网直径对加固效果的影响
  • 4.5.1 试件尺寸
  • 4.5.2 结果分析
  • 4.5.3 小结
  • 4.6 加固机理分析
  • 5 钢丝网外喷高强砂浆加固柱轴压承载力计算方法的探讨
  • 5.1 影响轴压柱承载力的主要因素
  • 5.2 计算模式
  • 6 结论与展望
  • 6.1 结论
  • 6.2 展望
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录
  • 相关论文文献

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