CFRP加固钢筋混凝土梁破坏过程的数值分析

论文摘要

因为材料老化及载荷增加等因素,许多钢筋混凝土结构存在着需要加固的问题。碳纤维布(Carbon Fiber Reinforced Polymer,简称CFRP)因抗腐蚀、高强度等特性被认为是当前最理想的修补材料,在建筑物表面粘贴碳纤维布已成为一种在国内外广泛使用的加固方法,因此进行CFRP加固钢筋混凝土梁破坏过程的数值分析具有比较重要的工程应用价值。本文首先简要介绍了FRP加固钢筋混凝土梁的理论知识及应用现状,列举了加固钢筋混凝土梁抗弯承载力分析模型,并根据《加固规范》计算了CFRP加固梁受四点弯作用时的许用载荷,得到了偏于保守的计算结果。其次,采用SOLID65单元的弥散裂纹模型,在不考虑纤维布与混凝土、钢筋与混凝土之间滑移的情况下,分析了素混凝土梁、CFRP加固的素混凝土梁、钢筋混凝土梁与CFRP加固钢筋混凝土梁的极限承载力和破坏过程。计算结果表明经CFRP加固后,梁的极限承载力可提高一倍,但是破坏过程与试验现象有一定差距。最后,基于断裂力学原理,采用虚拟裂纹模型,考虑了纤维布与混凝土之间的脱粘破坏、钢筋与混凝土之间的滑移破坏、混凝土的脆性断裂三种因素的综合影响,用非线性弹簧单元COMBIN39的刚度变化来模拟这三种破坏现象,由此得到了CFRP加固钢筋混凝土梁的破坏过程,并与试验结果进行了比较。文中讨论了网格密度、混凝土断裂能、混凝土抗拉强度、混凝土与CFRP布之间的界面粘结强度及混凝土微裂纹形成位移对加固梁的极限承载力和破坏过程的影响,还对下一步研究工作提出了一些展望和设想。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 钢筋混凝土结构加固的背景及意义
• 1.2 钢筋混凝土结构加固的方法
• 1.3 FRP加固技术概述
• 1.3.1 FRP加固的特点
• 1.3.2 FRP加固的工艺
• 1.3.3 FRP加固的破坏类型
• 1.3.4 FRP加固的概况
• 1.4 本文的主要工作
• 第2章 FRP加固RC梁的理论分析
• 2.1 FRP加固RC梁抗弯承载力分析模型
• 2.1.1 Teng J G模型
• 2.1.2 O.Rabinovitch模型
• 2.2 FRP加固RC梁抗弯许用承载力的工程算法
• 2.2.1 受力特点及使用条件
• 2.2.2 计算原理及实例计算
• 2.3 本章小结
• 第3章 CFRP加固RC梁的弥散裂纹模型
• 3.1 钢筋混凝土的建模形式
• 3.1.1 分离式模型
• 3.1.2 组合式模型
• 3.1.3 整体式模型
• 3.2 混凝土（SOLID65）单元的使用
• 3.3 模型及结果分析
• 3.3.1 模型参数
• 3.3.2 结果讨论和分析
• 3.4 本章小节
• 第4章 CFRP加固RC梁的虚拟裂纹模型
• 4.1 引言
• 4.1.1 虚拟裂纹模型
• 4.1.2 剥离破坏
• 4.2 模型的简化与建立
• 4.2.1 模型的简化
• 4.2.2 模型的建立
• 4.3 弹簧参数的确定
• 4.3.1 CFRP-混凝土界面粘结弹簧参数
• 4.3.2 钢筋-混凝土粘结弹簧参数
• 4.3.3 混凝土弹簧参数
• 4.4 计算步骤及模拟试验结果分析
• 4.4.1 计算流程
• 4.4.2 结果分析
• 4.5 网格及参数对结果的影响
• 4.5.1 网格密度的影响
• 4.5.2 混凝土断裂能的影响
• 4.5.3 混凝土抗拉强度的影响
• 4.5.4 界面粘结强度的影响
• 4.5.5 混凝土微裂纹形成位移的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文结论
• 5.2 不足与展望
• 参考文献
• 致谢