碳纤维加固钢筋混凝土梁抗弯性能的非线性有限元分析

论文摘要

钢筋混凝土构件的加固一直是工程界广泛关注的热点之一。碳纤维以其高强、轻质、耐腐蚀等特点,逐渐取代了传统的加固材料,被广泛应用于构件的抗弯和抗剪加固工程中。目前碳纤维的加固方式对加固效果的影响分析尚不完善,没有形成比较完整的理论体系,因此,碳纤维加固方式对钢筋混凝土构件的性能的影响进行深入分析具有十分重要的意义。本文使用大型有限元商用软件,ANSYS,选择已有实验数据的碳纤维加固钢筋混凝土简支梁建立有限元模型,对未加固梁和粘贴不同层数碳纤维布的加固梁进行非线性有限元分析。根据已有的实验数据为依据,分析了强化模型、压碎开关、加载形式、荷载子步数、张开裂缝剪力传递系数、网格密度等参数对有限元模型计算结果的影响,确定了一系列合理的参数设置及取值范围,保证了所建有限元模型及分析方法的合理性和可行性。最后通过模拟结果与实验数据进行对比,验证有限元模型的合理性。在此基础上,通过建立10组有限元简支梁模型和4组有限元悬臂梁模型,分析了碳纤维的补强部位、粘帖长度、粘帖方向、粘接层数、加固构件的纵筋配筋率、截面高度、剪跨比、混凝土的强度等级、加载类型等因素对钢筋混凝土矩形截面简支梁加固效果的影响以及碳纤维的粘帖层数、粘帖长度、补强部位和加载类型等因素对钢筋混凝土矩形截面悬臂梁加固效果的影响,得出了不同参数变化对加固构件抗弯承载力的影响规律,并确定了部分参数最优取值。此外,本文还对加固前后,梁的承载力和刚度变化以及纵向钢筋的应力分布规律进行了对比,并分析了各种变化产生的原因和发展的规律,进一步揭示了加固后钢筋混凝土梁的受力性能变化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 试验研究现状
• 1.2.2 限元研究现状
• 1.3 选题依据
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 基本理论
• 2.1 材料的本构关系
• 2.1.1 混凝土的本构关系
• 2.1.2 钢筋的本构关系
• 2.2 混凝土的破坏准则
• 2.3 有限元模型中混凝土裂缝的处理
• 2.3.1 裂缝模型
• 2.3.2 混凝土开裂计算
• 2.4 求解非线性方程组的增量法
• 2.5 求解非线性方程组的迭代法
• 2.6 求解非线性方程组的混合法
• 2.7 收敛准则
• 第三章 有限元模型的建立
• 3.1 建模方式的选取
• 3.2 ANSYS程序中使用的单元类型
• 3.3 参数设置
• 3.3.1 混凝土参数设置
• 3.3.2 钢筋参数设置
• 3.3.3 刚性垫块参数设置
• 3.3.4 碳纤维参数设置
• 3.4 模型验证
• 3.4.1 实验模型介绍
• 3.4.2 有限元模型建立
• 3.4.3 收敛准则的选取及收敛容差的确定
• 3.4.4 荷载子步数的设置
• 3.4.5 参数对有限元模型模拟结果的影响
• 3.4.6 有限元结果与试验结果对比
• 第四章 碳纤维加固钢筋混凝土简支梁抗弯性能的有限元分析
• 4.1 有限元计算模型的建立
• 4.2 有限元模型的计算结果
• 4.2.1 混凝土强度等级、梁的纵筋配筋率、横截面高度和剪跨比对梁抗弯承载力的影响
• 4.2.2 碳纤维粘贴层数对抗弯承载力的影响
• 4.2.3 碳纤维粘贴长度对抗弯承载力的影响
• 4.2.4 均布荷载作用下,碳纤维粘贴长度对抗弯承载力的影响
• 4.2.5 对称集中力荷载作用下,碳纤维U型粘贴的加固方式对强剪弱弯简支梁的加固效果研究
• 4.2.6 对称集中力荷载作用下,碳纤维侧面粘贴的方式对强剪弱弯梁加固效果研究
• 4.2.7 两种加载方式碳纤维侧面连续粘贴的加固效果研究
• 第五章 碳纤维加固钢筋混凝土悬臂梁的受弯性能有限元分析
• 5.1 悬臂梁有限元计算模型的建立
• 5.2 悬臂梁有限元计算结果
• 5.2.1 集中力荷载作用下,碳纤维对悬臂梁的加固效果研究
• 5.2.2 三角形荷载作用下,碳纤维对悬臂梁的加固效果研究
• 第六章 结论
• 6.1 主要工作
• 6.2 主要结论
• 6.3 存在问题和展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢