基于ANSYS的FRP加固RC梁受弯非线性有限元分析

论文摘要

碳纤维布FRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)加固修补混凝土结构技术是一项新兴的结构加固技术,它是利用树脂类胶结材料将碳纤维材料粘贴于混凝土表面,从而达到对结构构件补强加固及改善结构受力性能的目的。由于FRP具有质量轻、强度高、施工便捷、适用面广、耐腐蚀性和耐久性好、施工质量容易保证等优点,目前在土木工程中逐渐得到广泛的应用。FRP受弯加固RC梁是FRP加固研究的一个重要方面,目前取得一定的成果,但是在FRP加固研究以及非线性有限元分析方面涉足不多。因此,有必要对这方面问题进行深入研究。非线性有限元分析可以提供大量的结构回馈信息,如应力、应变以及结构变形发展过程等,因此在尽量满足试验客观条件下,可以在一定程度上代替部分试验,在工程上可以用于设计和预测。本文试图建立一个合理的有限元模型,恰当地模拟FRP受弯加固RC梁的受力破坏过程。由于加固后的RC梁是一个含有多种材料的复合结构,破坏机理复杂,因此在数值模拟上存在一定的困难。本文首先分析了目前碳纤维布加固钢筋混凝土结构技术研究状况,在此基础上提出了用ANSYS软件对碳纤维布加固钢筋混凝土梁的机理进行数值分析。计算的结果和试验结果吻合很好,表明采用的模型比较合理。最后,本文还对其他文献的试验结果进行有限元分析验证,得到满意的结果,再次证明该模型的合理性和适用性。该有限元模型可以用于加固设计和承载力预测,进行方案优化,具有较大的应用价值。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 绪论
• 1.2 在新疆的研究背景
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 国内外对于FRP 材料应用于混凝土受弯构件加固的研究现状
• 1.4 课题的目的和内容
• 1.5 论文各部分的主要内容
• 第2章 FRP 材料的种类、性质及施工工艺
• 2.1 FRP 材料的种类
• 2.2 FRP 材料的物理、力学性能
• 2.3 FRP 材料的施工工艺
• 2.3.1 构件表面处理
• 2.3.2 涂刷底胶和找平处理
• 2.3.3 粘贴碳纤维布
• 2.3.4 养护
• 2.3.5 表面防护
• 2.3.6 工程质量与验收
• 第3章 FRP 加固RC 梁的受弯试验研究
• 3.1 试验方案
• 3.1.1 试验梁的设计目的
• 3.1.2 试验梁设计
• 3.1.3 试验梁加固方案
• 3.2 材料力学参数
• 3.2.1 CFRP 材料力学参数
• 3.2.2 钢筋材料力学参数
• 3.2.3 混凝土材料力学参数
• 3.3 试验结果分析
• 3.3.1 钢筋混凝土梁的试验结果资料
• 3.3.2 裂缝分析
• 第4章 非线性模拟分析
• 4.1 钢筋混凝土有限元理论
• 4.1.1 有限元分析概述
• 4.1.2 钢筋混凝土有限元分析的特点
• 4.1.3 钢筋混凝土材料的本构关系
• 4.2 碳纤维布加固混凝土梁的有限元理论
• 4.2.1 有限元分析模型
• 4.2.2 分析中采用的单元类型及其本构关系
• 4.2.3 材料性质及破坏准则
• 4.2.4 建立模型、网格划分及荷载条件
• 4.2.5 影响非线性收敛的因素
• 第5章 有限元算例分析
• 5.1 RCL-16-3 梁的有限元分析
• 5.1.1 前处理（Preprocessor）
• 5.1.2 求解（Solution）
• 5.1.3 后处理（General Postprocess）
• 5.2 其它梁的有限元分析
• 5.3 其它算例的有限元分析
• 5.3.1 材料性质
• 5.3.2 建立有限元模型
• 5.3.3 ANSYS 计算结果分析
• 第6章 结论
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 在读硕士学位期间发表的论文
• 致谢