FRP加固方管受压柱的承载力分析

论文摘要

FRP加固钢筋混凝土及木结构的理论已近成熟,而对于FRP增强或加固钢结构的理论和试验研究相对较少。从国内外对FRP加固钢结构的研究和应用来看,目前主要集中在对受弯构件、疲劳加固和耐久性修复上,对FRP加固受压构件的研究更少。本文以ANSYS有限元分析为主要手段,研究了用FRP加固的方管柱在轴向压力作用下的受力性能,重点分析了FRP对轴压方管构件承载力的增强效果。本文所做主要工作有:在分析了构件关键问题基础上,建立了“壳—弹簧—壳”的有限元模型。模型考虑了钢材的弹塑性、几何非线性、初始几何缺陷及FRP层数等影响因素,通过对前人试验试件的模拟证明了ANSYS有限元模型的有效性。通过改变构件的初始弯曲、长细比及FRP粘贴层数讨论了这三个参数对FRP的补强效果的影响。参数分析结果表明,FRP对方管柱的补强效果受构件初始弯曲和长细比的影响较为显著,而增加FRP层数时构件承载力未见明显提高。此外,忽略胶层的作用,提出一个等效截面简化计算模型,使用Perry公式计算了简化模型的稳定承载力,将计算结果与有限元分析结果做比较,结果显示大部分试件的承载力计算值与有限元分析结果符合较好,说明了简化模型具有实用性;但部分试件的承载力计算值偏于不安全,故根据有限元分析结果对简化模型计算结果进行了修正,提出承载力修正系数ω,并用修正后的简化模型计算了参照试验试件的承载力,计算结果与试验值符合较好。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 钢结构加固
• 1.2 材料性能
• 1.2.1 建筑工程加固中常用的几种FRP
• 1.2.2 树脂基体
• 1.3 国内外对FRP加固修复补强钢结构的研究
• 1.3.1 FRP加固修复钢结构的理论分析
• 1.3.2 FRP加固钢结构试验研究
• 1.4 本文研究意义及主要内容
• 1.4.1 研究意义
• 1.4.2 主要内容
• 2 ANSYS有限元分析
• 2.1 模型单元的选择
• 2.1.1 钢柱柱体
• 2.1.2 端板
• 2.1.3 FRP层
• 2.1.4 胶层
• 2.2 约束方程
• 2.3 ANSYS模型的建立及求解收敛控制
• 2.3.1 模型建立步骤
• 2.3.2 初始几何缺陷的施加
• 2.3.3 求解收敛控制
• 2.4 有限元模型有效性分析
• 2.4.1 参照试验概要
• 2.4.2 五根模拟试件的加载云图
• 2.4.3 五根试件的荷载——位移曲线
• 2.4.4 未补强试件的有限元分析结果
• 2.5 本章小结
• 3 参数分析
• 3.1 材料参数
• 3.2 试件编号
• 3.3 初弯曲的影响
• 3.4 长细比的影响
• 3.5 FRP层数的影响
• 3.6 本章小结
• 4 FRP加固方管轴压柱的简化计算模型
• 4.1 加固机理
• 4.2 粘结机理
• 4.2.1 粘结现象的理论解释
• 4.2.2 影响粘结强度的因素
• 4.3 等效截面简化模型
• 4.3.1 等效截面模型参数的计算
• 4.3.2 稳定系数的计算
• 4.4 简化模型的实用性验证
• 4.4.1 截面参数
• 4.4.2 简化模型计算结果
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 不足与展望
• 致谢
• 参考文献