粘贴加固混凝土梁的剥离研究

论文题目: 粘贴加固混凝土梁的剥离研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 固体力学

作者: 鲍安红

导师: 殷学纲

关键词: 表面粘贴加固混凝土梁,有限元模型,剥离准则,剥离验算式,抗剪承载力修正式

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文对表面粘贴加固混凝土梁的剥离进行了研究。通过综述加固梁的研究现状,阐述了加固梁的基本理论,说明了进行剥离研究的必要性。提出了加固梁的有限元模型,特别是针对剥离研究的加固梁的FEM 模型,提出了加固梁的剥离准则,并基于所提出的FEM 模型和剥离准则,应用ANSYS 软件,以粘钢加固梁为例,进行了剥离的仿真分析研究,提出粘钢加固梁考虑剥离的承载力修正的计算方法。具体研究内容如下: 本文说明了对粘贴加固混凝土梁进行剥离研究,以及在剥离理论上完善加固梁设计计算方法的必要性。表面粘贴加固混凝土梁,利用了混凝土抗压性能好,粘贴加固材料抗拉性能好的特性,来提高梁的承载力。在粘贴加固混凝土梁的理论中,对于加固混凝土梁的承载力计算,目前采用的是极限强度理论,把外部粘贴的加固材料等同于混凝土梁内部钢筋,沿袭了钢筋混凝土结构的强度理论来对加固梁进行设计计算,认为外部加固材料提供给梁的抗力基于加固材料的抗拉强度,忽略了加固材料的剥离影响。因此对表面粘贴加固混凝土梁的剥离进行研究,以确定表面加固材料剥离对梁承载力的具体影响,以此完善加固梁的设计计算方法,是很有必要的。提出了粘贴加固混凝土梁的有限元模型,并以ANSYS 为平台,对各种材料选用相应的本构模型,根据加固混凝土梁的特点,按分离式的模型提出了加固梁的有限元模型。其中混凝土选用8 节点六面体的SOLID65 单元,胶层选用8 节点六面体SOLID45 单元,钢筋采用2 节点的LINK8 单元,表面加固材料视材料种类和厚度选取合适的单元类型,利用ANSYS 特有的‘生死单元’设置混凝土裂缝,并对裂缝处单元进行细化,提出了针对剥离分析的粘贴加固混凝土梁的有限元模型。提出了粘贴加固混凝土梁的剥离准则。为对表面粘贴加固混凝土梁的表面加固材料的剥离现象进行理论研究和有限元分析,本文提出了“剥离准则“的概念,即判断剥离的标准。提出了表面粘贴加固材料的剥离准则——“界面混凝土的主应力达到混凝土抗拉强度极限”,并提出了表面加固材料的剥离准则表达式,用碳纤维加固混凝土梁的有限元分析来验证了所提出剥离准则的合理性。研究了梁底粘钢的加固梁的底钢板剥离,提出了梁底钢板的剥离验算式。文中把提出的有限元模型和剥离准则应用于粘钢加固梁中,对梁底钢板的剥离进行研究。首先对梁底钢板的剥离进行了试验研究,发现梁底钢板的剥离对梁的抗弯承载力有影响,据此提出在梁底粘钢加固混凝土梁时,需要对梁底钢板的剥离进行验算。对照试验建立了加固梁的有限元模型,利用混凝土的开裂准则和梁底钢

论文目录:

中文摘要

英文摘要

1 绪论

1.1 混凝土结构加固的意义

1.2 钢筋混凝土结构的加固特点及分类方法

1.2.1 钢筋混凝土结构的加固特点

1.2.2 钢筋混凝土结构加固方法的分类

1.2.3 钢筋混凝土结构常用的加固方法

1.3 混凝土结构表面粘贴加固研究的现状

1.3.1 加固方法方面的研究

1.3.2 加固材料方面的研究

1.3.3 加固理论方面的研究

1.4 表面粘贴加固梁的研究概况

1.4.1 表面粘贴加固混凝土梁有限元分析的必要性和作用

1.4.2 表面材料剥离的研究进展

1.4.3 表面粘贴加固混凝土梁有限元分析的基本问题

1.5 本论文研究的目的、内容和技术路线

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究内容

1.5.3 技术路线

1.6 本章小结

2 表面粘贴加固梁的基本理论

2.1 概述

2.2 现有极限强度理论

2.2.1 表面粘贴加固混凝土梁正截面的工作原理

2.2.2 表面粘贴加固混凝土梁正截面的破坏过程

2.2.3 组合梁正截面的承载力

2.3 现有极限剪切理论

2.3.1 混凝土梁斜裂缝类型及成因

2.3.2 外粘加固材料的作用

2.3.3 表面粘贴加固混凝土梁的剪切承载力

2.4 加固钢板的锚固

2.5 本章小节

3 表面粘贴加固混凝土梁的有限元建模

3.1 前言

3.2 表面粘贴加固钢筋混凝土梁的有限元分析特点

3.3 表面粘贴加固钢筋混凝土梁的有限元分析步骤

3.3.1 有限元分析的基本理论

3.3.2 加固钢筋混凝土梁的有限元分析步骤

3.4 材料的本构关系

3.4.1 混凝土的本构关系

3.4.2 钢筋和钢板的本构关系

3.4.3 粘结剂、碳纤维及玻璃纤维的本构关系

3.5 表面粘贴加固钢筋混凝土梁的有限元模型选择

3.5.1 加固钢筋混凝土梁有限元模型选择

3.5.2 混凝土裂缝模型选择

3.5.3 钢板或钢筋屈服阶段的处理

3.6 用ANSYS 进行有限元分析所选取的单元

3.6.1 混凝土单元的选取

3.6.2 钢筋单元的选取

3.6.3 粘结剂单元的选取

3.6.4 加固材料单元的选取

3.7 加固钢筋混凝土梁的有限元模型

3.7.1 基本假定

3.7.2 单元划分

3.7.3 加固钢筋混凝土梁的有限元建模步骤

3.8 用于剥离研究的加固梁有限元模型

3.8.1 加固梁的剥离特点

3.8.2 模型处理及单元划分

3.9 本章小节

4 表面粘贴加固混凝土梁的剥离准则研究

4.1 概述

4.2 粘贴加固梁剥离准则的确定

4.2.1 粘贴加固梁的剥离研究现状

4.2.2 剥离准则

4.3 剥离准则表达式

4.4 剥离准则在有限元分析中的应用

4.4.1 力学模型及有限元模型

4.4.2 有限元分析结果

4.5 本章小结

5 粘钢加固混凝土梁底钢板的剥离研究

5.1 粘钢加固混凝土梁底钢板剥离的试验研究

5.1.1 试验综述

5.1.2 试验现象

5.1.3 试验结果分析

5.2 梁底钢板剥离的有限元分析

5.2.1 力学模型

5.2.2 有限元模型

5.2.3 模型加载

5.2.4 有限元分析结果

5.3 梁底钢板剥离影响因素的有限元分析

5.3.1 粘钢过程对钢板的剥离影响分析

5.3.2 钢板厚度对钢板的剥离影响分析

5.3.3 胶层厚度对钢板的剥离影响分析

5.3.4 多层加固对钢板的剥离影响分析

5.4 梁底钢板的剥离验算式构造

5.4.1 界面混凝土主应力分析

5.4.2 钢板钢板剥离验算式的构造

5.5 本章小结

6 U 形钢板的剥离研究

6.1 现有极限剪切理论

6.1.1 U 形钢板的作用

6.1.2 外粘钢加固梁的剪切承载力

6.1.3 U 形钢板加固梁的受力机理研究

6.2 U 形钢板剥离的试验研究

6.2.1 试验综述

6.2.2 试验现象

6.2.3 试验结果分析

6.3 U 形钢板界面混凝土主应力分析

6.3.1 有限元分析模型

6.3.2 界面混凝土主应力分析

6.4 外粘U 形钢板梁的抗剪承载力修正式

6.4.1 U 形钢板加固梁剪切抗力修正式的提出

6.4.2 有限元分析

6.4.3 钢板剥离系数K 的推导

6.4.4 试验应用

6.5 本章小结

7 全文总结

7.1 全文总结

7.2 未来工作的展望

致谢

参考文献

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发布时间: 2005-11-07

参考文献

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