无粘结CFRP筋部分预应力混凝土受弯构件非线性分析

论文摘要

CFRP筋具有轻质、高强、耐腐蚀等特点,作为增强材料替代钢筋在混凝土结构中应用,可有效避免因钢筋锈蚀引起的混凝土结构承载力的下降和耐久性的降低,减少工程维护费用。本文以CFRP筋作无粘结预应力筋、同时配置一定数量的非预应力钢筋,设计制作了4根无粘结CFRP筋部分预应力混凝土简支梁,通过静载试验考察该类构件的受弯性能。在对试验数据进行分析的基础上,提出了无粘结CFRP筋部分预应力混凝土简支梁中无粘结CFRP筋在使用阶段和正截面承载能力极限状态时的应力增量计算公式;根据实测荷载-挠度曲线并结合基于双折直线理论的刚度计算模式,提出了这类构件在荷载效应标准组合作用下短期刚度计算公式;同时探索了这类梁裂缝分布规律和平均裂缝间距计算方法。采用通用有限元软件ANSYS对无粘结CFRP筋部分预应力混凝土梁在外荷载作用下的受力性能进行了非线性有限元分析,对建模方法、单元选取、材料本构关系的定义、求解方法等进行了说明。主要分析的内容有梁的极限承载力、梁的挠度、梁的正应力与应变、CFRP筋的应力变化。并将计算结果与试验结果进行对比,吻合情况良好,从而验证了试验结果的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 FRP筋性能研究现状
• 1.1.1 FRP筋的生产工艺
• 1.1.2 FRP筋的分类、特点及力学性能
• 1.2 FRP筋锚具研究现状
• 1.2.1 机械夹持式锚具
• 1.2.2 粘结型锚具
• 1.3 FRP筋混凝土构件性能研究现状
• 1.3.1 FRP筋混凝土受弯构件正截面抗弯性能研究现状
• 1.3.2 FRP筋混凝土受弯构件变形的研究现状
• 1.3.3 FRP筋混凝土梁裂缝宽度的研究
• 1.4 FRP筋的工程应用
• 1.4.1 FRP筋在桥梁工程中的应用
• 1.4.2 FRP筋在海洋工程中的应用
• 1.4.3 FRP筋在岩土工程中的应用
• 1.5 本文开展的工作
• 2 混凝土有限元分析的基本理论
• 2.1 有限单元法
• 2.1.1 有限元概念
• 2.1.2 有限元求解步骤
• 2.2 ANSYS软件简介
• 2.2.1 ANSYS分析过程
• 2.2.2 ANSYS非线性分析
• 2.3 有限元分析模型的建立
• 2.3.1 材料单元的选择
• 2.3.2 材料特性
• 2.3.3 预应力的模拟
• 2.3.4 建模的方法
• 2.3.5 模型建立过程中几个问题
• 2.4 小结
• 3 无粘结CFRP筋部分预应力混凝土简支梁试验
• 3.1 试验梁的设计与制作
• 3.2 试验方法
• 3.3 试验现象与试验结果
• 3.3.1 试验现象
• 3.3.2 试验结果
• 3.4 小结
• 4 无粘结CFRP筋部分预应力混凝土简支梁设计方法研究
• 4.1 CFRP筋应力增量计算
• 4.2 截面承载力的计算
• 4.2.1 基本假定
• 4.2.2 材料本构关系
• 4.2.3 正截面承载力计算公式
• 4.3 刚度计算
• 4.3.1 未开裂情况下简支梁刚度分析
• 4.3.2 开裂情况下简支梁刚度分析
• 4.4 裂缝的分布与开展
• 4.4.1 研究方法
• 4.4.2 平均裂缝间距
• 4.4.3 平均裂缝宽度
• 4.4.4 最大裂缝宽度的计算
• 4.5 小结
• 5 无粘结CFRP筋部分预应力混凝土简支梁非线性有限元分析
• 5.1 计算模型的建立
• 5.1.1 定义单元类型及材料属性
• 5.1.2 创建模型并划分网格
• 5.2 计算结果与分析
• 5.2.1 挠度图
• 5.2.2 正应力与应变
• 5.2.3 CFRP筋应力变化
• 5.2.4 梁的裂缝分布
• 5.2.5 梁的受力过程分析
• 5.3 计算值与试验结果的比较分析
• 5.3.1 极限荷载比较
• 5.3.2 荷载-挠度曲线比较
• 5.4 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢