CFRP加固大直径桥梁墩柱理论分析

论文摘要

FRP（Fiber Reinforced Polymer）是一种新型的修复补强材料,具有轻质、高强、耐疲劳、耐腐蚀及耐久性好、施工简便以及不增加构件截面尺寸等优点,因此被广泛地应用于结构的修复与加固实践,尤其在加固柱、桥墩方面。FRP加固混凝土柱除了可以提高混凝土柱的强度之外,还可以大幅度提高其变形能力。国内外学者关于FRP约束混凝土柱进行了大量的试验研究和理论分析,并取得了一些成果,但理论研究远滞后于实际工程的应用。目前的研究成果大部分是在模型试验的基础上提出的,而模型试验都研究是小直径柱的加固,完全不能真实的反应工程实际中大直径墩柱的加固情况,现有的理论研究也都没有涉及到直径对墩柱加固效果的影响,本文由此开展研究,分析直径对约束混凝土加固效果的影响。由于混凝土结构本身特点比较复杂,必须对试验的全过程进行数值分析。本文利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,选取较为合适的单元来模拟混凝土单元和碳纤维布单元,模拟碳纤维布CFRP （Carbon Fiber Reinforced Polymer laminate）加固混凝土柱的轴心受压试验得出与试验吻合较好的结果,在此基础上进行数值仿真试验。在保证长细比相同的情况下,模拟不同直径对约束混凝土柱加固效果的影响,得到了不同直径的混凝土柱模型加固后的极限承载力、混凝土和碳纤维布此时的应力应变分布情况、混凝土裂缝的开展过程、碳纤维布被拉断的开展过程以及混凝土破碎构件整体破坏的全过程等直观的信息。通过对大直径与小直径混凝土柱模型的比较,得出其破坏形式的不同,对于大直径CFRP的加固效果并不太理想。建议在以后的工程实际中对于用CFRP加固混凝土墩柱的情况需要考虑柱体的直径对其加固效果的影响。ANSYS/LS-DYNA有限元动力分析有限元方法可以在一定程度上有效的代替试验分析法,节约人力、物力、财力和时间,其分析结果可以较为准确的动态显示约束混凝土柱破坏整个过程,为碳纤维布的实际加固工程提供理论参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究背景及意义
• 1.2 加固方法
• 1.3 加固研究现状
• 1.4 存在的问题
• 1.5 论文主要目的及研究内容
• 第二章 CFRP加固应用
• 2.1 概述
• 2.2 CFRP加固特点
• 2.3 CFRP加固机理
• 2.4 CFRP加固规范发展
• 2.5 本章小结
• 第三章 CFRP加固圆柱混凝土分析
• 3.1 概述
• 3.2 材料的本构关系
• 3.2.1 混凝土本构关系
• 3.2.2 碳纤维布复合材料本构关系
• 3.3 FRP布约束混凝土本构关系研究
• 3.4 FRP约束混凝土圆柱体应力-应变关系
• 3.5 混凝土结构加固计算
• 3.5.1 《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》
• 3.5.2 《公路桥梁加固设计规范》
• 3.5.3 《美国加固指南》
• 3.5.4 其他加固规范
• 3.6 对比模型分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 墩柱加固仿真分析
• 4.1 有限元分析软件ANSYS概述
• 4.1.1 有限元法概述
• 4.1.2 有限元法分析问题的基本步骤
• 4.1.3 有限元程序ANSYS/LS—DYNA
• 4.1.4 ANSYS/LS-DYNA的算法
• 4.1.5 单点高斯积分和沙漏控制
• 4.1.6 ANSYS/LS—DYNA的一般分析过程
• 4.2 数值结果分析与讨论
• 4.2.1 计算对象
• 4.2.2 分析模型
• 4.2.3 材料模型
• 4.2.4 接触定义
• 4.2.5 收敛准则
• 4.3 有限元计算结果
• 4.3.1 有限元模型的建立
• 4.3.2 与已有的试验结果对比
• 4.3.3 误差的分析
• 4.3.4 混凝土的应力应变关系
• 4.3.5 碳纤维布竖向应力分布
• 4.4 本章小结
• 第五章 直径对CFRP加固混凝土圆柱力学性能影响分析
• 5.1 概述
• 5.2 对比模型建立
• 5.3 有限元计算结果分析
• 5.3.1 承载力分析
• 5.3.2 混凝土轴向应力分布情况
• 5.3.3 碳纤维布的应力分布情况
• 5.3.4 破坏模式分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢