CFRP与钢板复合加固钢筋混凝土梁抗弯性能非线性有限元分析

论文摘要

由于社会需求的变化、设计标准的提高、原结构设计的更改、施工中的错误、使用环境的变化、自然灾害（风灾、火灾、地震）意外损害等等,很多建筑和桥梁都需要一定程度的维修和加固才能继续服役。传统的加固方法要么设计复杂或施工困难,要么不能提供足够的承载力。近年来,随着科技水平的提高和新型材料的出现,加固技术得到了迅猛的发展。外粘钢板加固技术和粘贴CFRP加固技术可以说是现在最为流行的加固方法,但两者在改善结构受力性能和实际使用中都有一定的不足之处。为了更好的利用材料,基于两者的互补性,本文考虑采用CFRP和钢板对钢筋混凝土结构的复合加固进行理论分析和研究。通过对复合加固梁正截面受弯性能的非线性分析和对比研究,发现复合加固梁的性能明显优于用单一材料（CFRP或钢板）加固的梁。本文根据钢筋混凝土结构有限元分析的理论和非线性方程组的解法及单元开裂和屈服后的处理。根据结构的受力特点和有限单元法的知识,合理选用了不同的单元和对应材料的本构关系,建立了符合实际的CFRP与钢板复合加固梁的ANSYS有限元模型。在此基础上,通过对八根简支梁的有限元非线性分析和研究对比。在不同的混凝土强度、CFRP用量、纵筋直径的情况下对复合加固梁的开裂荷载、钢筋屈服荷载、钢板屈服荷载、极限荷载、梁的荷载挠度曲线、钢板与碳纤维布的应力-应变分布等抗弯性能做了进一步的研究,并将有限元分析结果与相应的试验数据进行了比较。研究表明CFRP与钢板复合加固梁能有效地提高梁的极限荷载和控制构件裂缝的开展,且能大幅度提高梁的整体刚度和减小变形。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 钢筋混凝土结构加固概述
• 1.2 粘钢加固技术
• 1.3 碳纤维布加固技术
• 1.4 CFRP 与钢板复合加固技术
• 1.5 本文研究的目的和主要内容
• 2 CFRP 与钢板复合加固钢筋混凝土粱非线性有限元分析方法
• 2.1 结构非线性问题
• 2.2 材料非线性问题求解
• 2.3 单元开裂和屈服后的处理
• 2.4 小结
• 3 CFRP 与钢板复合加固钢筋混凝土梁材料的本构关系
• 3.1 CFRP 与钢板复合加固钢筋混凝土结构材料常用的本构关系
• 3.2 混凝土的本构关系
• 3.3 钢筋和钢板的本构关系
• 3.4 CFRP 的本构关系
• 3.5 小结
• 4 CFRP 与钢板复合加固钢筋混凝土梁有限元模型的建立
• 4.1 分析对象简介
• 4.2 用ANSYS 进行有限元分析所选取的单元
• 4.3 单元之间的连接情况
• 4.4 CFRP 与钢板复合加固钢筋混凝土结构的有限元模型
• 4.5 非线性求解
• 4.6 小结
• 5 CFRP 与钢板复合加固钢筋混凝土梁有限元结果分析
• 5.1 分析对象简介
• 5.2 有限元结果及分析
• 5.3 小结
• 6 总结和展望
• 6.1 本文所得的结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献