考虑二次受力对CFRP加固R.C梁抗弯承载能力的分析与数值模拟

论文摘要

对现有及受损结构进行加固和修复是结构工程师所面临的主要问题之一。近年来,碳纤维增强聚合物(CFRP)加固钢筋混凝土结构作为一种新兴而高效的方法,受到越来越多的重视并被广泛应用。与传统的结构加固方法相比,它具有强度高、重量轻、耐腐蚀等优点,并且施工快捷,不影响原结构的使用,因此有极其广泛的应用前景。本文对CFRP抗弯加固梁的设计理论进行了研究,并对加固梁进行了非线性有限元分析,主要工作如下:首先,结合前人的试验资料,对碳纤维加固混凝土结构技术优点和应用研究现状进行了分析和总结,并对CFRP加固钢筋混凝土梁的工作原理理和CFRP加固钢筋混凝土梁的破坏形念进行了简要的分析。其次,通过分析国内外CFRP加固钢筋混凝土梁的研究现状,根据我国现行《混凝土结构设计规范》(GB5001—2002),提出了考虑二次受力情况下碳纤维加固钢筋混凝土梁抗弯承载力的计算方法。同时应用简化的计算公式对各种因素下二次受力时CFRP加固钢筋混凝土梁抗弯承载力进行了计算,通过计算与对比,分析二次受力的极限承载力的影响。最后,运用ANSYS有限元分析软件对未加固和采用碳纤维布加固的钢筋混凝土梁的抗弯性能进行了数值模拟分析。本文分析所用的软件为大型通用有限元软ANSYS10.0,由于在碳纤维布加固钢筋混凝土结构大多数都已经受力后,再粘贴碳纤维布,这就存在二次受力,可通过ANSYS提供的生死单元功能及单点重启动功能方便实现。本文利用ANSYS具有的单元生死功能对此问题进行了成功数值模拟,并对数值模拟结果进行了深入的分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 混凝土加固技术的简介
• 1.2 国内外CFRP加固混凝土结构技术的研究与应用
• 1.3 粘贴CFRP加固混凝土结构的技术优点
• 1.4 现有研究存在的不足
• 1.5 本文研究的目的及研究的内容
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究内容
• 1.6 本章小结
• 第2章 CFRP加固混凝土梁的理论分析及承载力计算
• 2.1 前言
• 2.2 CFRP加固混凝土梁的工作原理及破坏形态
• 2.2.1 CFRP加固钢筋混凝土梁的工作原理
• 2.2.2 CFRP加固钢筋混凝土梁的破坏形态
• 2.3 CFRP加固钢筋混凝土梁的基本假设
• 2.4 一次受力下CFRP加固钢筋混凝土梁的承载力计算
• 2.4.1 破坏状态为混凝土压碎
• 2.4.2 破坏状态为碳纤维布被拉断
• 2.4.3 一次受力破坏界限的判定
• 2.5 二次受力下CFRP加固钢筋混凝土梁的承载力计算
• 2.5.1 破坏状态为混凝土压碎
• 2.5.2 破坏状态为碳纤维布拉断
• 2.5.3 二次受力破坏界限状态的判定
• 2.6 考虑二次受力时碳纤维滞后应变的计算
• 2.7 抗弯承载力计算公式的适用条件
• 2.8 本章小结
• 第3章 各种因素下二次受力对CFRP加固梁的承载力影响分析
• 3.1 初始弯矩对承载力的影响
• 3.2 混凝土强度对承载力的影响
• 3.3 截面尺寸对承载力的影响
• 3.4 配筋率对承载力的影响
• 3.5 对计算结果的进一步分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 采用ANSYS有限元软件对CFRP加固梁全过程数值模拟
• 4.1 有限元基本原理简介
• 4.2 ANSYS有限元软件的简介
• 4.3 定义单元类型、实常数和材料属性
• 4.3.1 单元类型及其联结
• 4.3.2 设置实常数（Real Constants）
• 4.3.3 设置材料属性（Material Models）
• 4.4 ANSYS有限元建模及单元的划分
• 4.5 加载和求解
• 4.5.1 加载
• 4.5.2 求解设置
• 4.6 求解结果的后处理
• 4.6.1 在极限荷载下混凝土应力变化云图
• 4.6.2 碳纤维布应变变化云图
• 4.6.3 荷载与挠度时间历程变化曲线
• 4.6.4 各种情况下混凝土梁破坏时裂缝状态
• 4.7 本章小结
• 第5章 CFRP加固钢筋混凝土梁有限元结果分析
• 5.1 极限承载力对比分析
• 5.2 混凝土应力对比分析
• 5.3 碳纤维布的应变对比分析
• 5.4 梁的挠度对比分析
• 5.5 裂缝开展情况分析
• 5.6 平截面假设的验证
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文、参加科研工作
• 致谢