预应力碳纤维板锚具有限元分析

摘要

近年来，碳纤维(CFRP)加固以其简便快捷的施工工艺、良好的加固修补效果和耐久性能，得到迅速发展。但随着深入的理论研究和工程实践，人们发现直接粘贴碳纤维加固时普遍存在以下问题：碳纤维与混凝土界面间容易发生剥离破坏；碳纤维存在严重应力滞后现象，高强度性能不能充分发挥；碳纤维发挥不大的作用时，被加固构件产生的变形过大、裂缝过宽，即没有改善被加固构件的正常使用极限状态下的性能；基于以上问题，对预应力碳纤维加固技术的研究具有重要意义。而对碳纤维施加预应力的关键技术问题是：碳纤维材料性能表现为各向异性，轴向的性能优异，而横向抗压强度和抗剪强度较低，极易被剪断，致使不能采用传统的锚固方式对其进行张拉锚固，这也是制约其目前不能得到广泛应用的关键因素之一。因此需要研究开发安全可靠、经济实用的碳纤维锚具和张拉系统。
　　 目前国内外已开发出了几种碳纤维锚具型式，本文首先综合归纳了几种现有的主要锚具型式，分析了他们的优缺点。此后，紧密结合本课题组完成的预应力碳纤维板锚具性能试验，利用ANSYS有限元软件进行了以下工作：
　　 ①分析了CFRP板锚具的受力力学性能，包括锚具内部应变、应力分布状态和应力集中情况；
　　 ②分析了结构胶体的力学性能；
　　 ③分析了预应力CFRP板锚具的失效型式，追踪再现了锚具界面滑移破坏过程，获得了胶体内部裂缝开展进程，以及锚具内部的应力变化发展状况。
　　 ④分析了影响锚固力的各种因素，包括粘接长度、胶体厚度、胶体性质、CFRP板厚度、CFRP板性质、界面型式、边界条件、锚具预紧力等，进一步揭示了预应力CFRP板锚具系统的力学本质。
　　 以上工作有助于深刻理解预应力碳纤维板锚具的受力和构成特点，可指导预应力碳纤维板锚具的进一步试验研究工作，为预应力碳纤维板锚具的开发、改进和优化提供思路，以便节约时间和成本。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1引言

1.2工程结构加固方法及其特点

1.3对CFRP施加预应力的提出

1.4预应力CFRP技术研究现状

1.5预应力CFRP面临的技术难题

1.6国内外主要的预应力CFRP锚具形式及其优缺

1.7本课题组预应力CFRP板锚具试验研究

1.8本文的主要研究目的和内容

2有限元概论

2.1有限元法概述

2.2有限元法理论的发展历史

2.3有限元法基本概念

2.3.1位移法

2.3.2有限元法的步骤

2.3.3有限元法的优缺点

2.4 ANSYS软件简介

3锚具线弹性分析

3.1预应力CFRP板锚具系统模型

3.1.1一般构造

3.1.2各组成部分材性

3.2锚具ANSYS分析命令流

3.3锚具ANSYS分析模型

3.4分析计算结果

3.4.1整体模型计算结果

3.4.2钢板计算结果

3.4.3结构胶计算结果

3.4.4 CFRP板计算结果

3.5本章结论

4胶体分析

4.1引言

4.2胶体组成及性能指标

4.3胶体受压分析

4.4胶体受拉分析

4.5胶体粘接受剪分析

4.6胶体粘接剪压复合分析

4.6.1模型设计

4.6.2试验研究

4.7本章结论

5锚具失效分析

5.1引言

5.2胶体内聚失效分析

5.2.1有限元模型

5.2.2分析结果

5.3胶体界面失效+内聚破坏分析

5.3.1有限元模型

5.3.2分析结果

5.4本章结论

6锚固力影响因素分析

6.1引言

6.2粘接长度影响分析

6.3胶体影响分析

6.3.1胶体厚度影响分析

6.3.2胶体弹性模量影响分析

6.3.3胶体泊松比影响分析

6.4 CFRP板影响分析

6.4.1 CFRP板厚度影响分析

6.4.2 CFRP板弹性模量影响分析

6.4.3 CFRP板泊松比影响分析

6.5锚具钢板间预紧力影响分析

6.6锚具边界条件影响分析

6.7锚具界面型式影响分析

6.8本章结论

7总结与展望

7.1总结

7.2展望

致 谢

参考文献