碳纤维与钢板复合加固钢筋混凝土梁的有限元分析

论文摘要

对现有及受损结构的加固和修复是结构工程所面临的主要问题之一。粘贴碳纤维布加固法及外粘钢板加固法是目前常用的两种加固方法,无论哪种加固材料,都是有优缺点的。复合加固方式正是一种优势互补的有效措施。为了对复合加固钢筋混凝土梁的抗弯性能有更好地了解,进行非线性有限元的分析是必要的。在碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土T形简支梁抗弯试验的基础上,采用有限元分析和试验研究相结合的方法,应用大型有限元软件ANSYS对碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁进行了基本力学性能的非线性有限元研究,对影响复合加固承载力的因素进行分析。首先,结合前人的试验资料,利用有限元分析软件ANSYS,对CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯性能进行了数值模拟分析。通过选取合理的模型单元和求解方案,对钢筋混凝土梁抗弯性能随碳纤维不同粘贴层数及不同厚度钢板的变化规律进行了非线性模拟分析。同时,对影响复合加固效果的一些主要因素进行了分析。文章首先建立了碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁的有限元模型,考虑了混凝土、钢筋的材料非线性以及纵向钢筋、钢板、碳纤维布与混凝土之间的联结关系,采用离散式有限元模型进行计算,选取不同的单元类型模拟混凝土、钢筋、钢板和碳纤维布,同时假设钢筋与混凝土之间、混凝土分别与碳纤维布、钢板之间有效粘结,没有相对位移。用有限元软件ANSYS分析了均布荷载作用下T形梁在不同粘结方式时梁的跨中挠度、钢筋与碳纤维布的荷载-应力、荷载-应变关系。计算结果表明:在满足有限元分析基本假设的前提下,与试验结果相比,结果相近,有限元计算结果可信度较高。其次,分析了碳纤维布粘贴层数,钢板的厚度,混凝土强度对加固效果的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.1.1 CFRP 加固钢筋混凝土结构的主要技术特点
• 1.1.2 粘钢加固钢筋混凝土结构的主要技术特点
• 1.2 国内外对碳纤维布加固技术的研究与应用
• 1.3 国内外对钢板加固技术的研究及应用
• 1.4 存在的问题和本文的主要研究内容
• 1.4.1 存在的问题
• 1.4.2 主要研究内容
• 2 复合加固钢筋混凝土梁的有限元分析方法
• 2.1 混凝土结构有限元分析研究现状
• 2.2 结构非线性问题
• 2.3 钢筋混凝土材料的本构关系
• 2.3.1 概述
• 2.3.2 混凝土的本构关系
• 2.3.3 钢筋与钢板本构关系
• 2.3.4 纤维布复合材料本构关系
• 2.4 单元类型
• 2.4.1 钢筋混凝土单元
• 2.4.2 CFRP 单元
• 2.4.3 钢板单元
• 2.5 混凝土破坏准则
• 2.5.1 混凝土Drucker-Prager 屈服准则
• 2.5.2 混凝土Willam-Warnke 五参数破坏准则
• 2.6 ANSYS 计算中的非线性分析、收敛分析及其对应方案
• 3 碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土T 形梁有限元计算
• 3.1 算例试件设计及加载
• 3.2 有限元计算中采用的主要材料参数
• 3.3 ANSYS 分析过程
• 3.3.1 简化和基本假定
• 3.3.2 前处理（Preprocessor）
• 3.3.3 求解（Solution）
• 3.3.4 后处理（General Postprocess）
• 3.4 模型合理性验证
• 3.4.1 试验梁加固方式与各材料力学指标
• 3.4.2 集中荷载作用下的有限元计算结果与试验结果比较
• 4 ANSYS 计算结果分析
• 4.1 ANSYS 结果分析
• 4.1.1 试件的极限荷载情况
• 4.1.2 挠度分析
• 4.1.3 碳纤维布的受力分析
• 4.1.4 钢板的受力分析
• 4.1.5 不同加固方案的经济性评价
• 4.2 钢筋混凝土梁抗弯加固效果的主要因素
• 4.2.1 混凝土抗压强度对加固效果的影响
• 4.2.2 CFRP 用量对加固效果的影响
• 4.2.3 钢板用量对加固效果的影响
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集