侧粘碳纤维加固钢筋混凝土受弯构件的非线性有限元分析

摘要

工程领域的大规模新建模式已出现明显的减缓趋势，而加固维修可以在原有建筑物的基础上，对建筑物由于结构老化和使用功能改变等引起的一系列问题进行改造。碳纤维加固技术作为一种新兴的、高技术含量的建筑物补强方法，己不断应用于工程实际中，在混凝土表面粘贴碳纤维布可以改善钢筋混凝土结构的受力性能。目前国内外对底贴碳纤维加固钢筋混凝土受弯构件的研究较多，而考虑有管道、通电线路等紧挨梁体底部，或梁下有墙体以及其他障碍物时，并不适合将碳纤维材料底贴，所以本文通过将碳纤维布粘贴在钢筋混凝土梁的两侧，来研究这种加固方法的可行性。
　　本文以已有的碳纤维侧粘加固钢筋混凝土梁的试验资料为依据，通过理论计算结合有限元数值分析的方法，对碳纤维侧粘加固梁的抗弯力学性能进行了研究，建立了侧粘碳纤维加固梁的正截面抗弯承载力计算公式，并根据具体的算例分析验证了该方法的正确性;在此基础上，应用有限元软件ANSYS建立了碳纤维侧粘加固钢筋混凝土梁的分离式有限元模型，对不同形式的加固梁进行了非线性有限元分析，并将分析结果与试验结果进行了对比，验证了有限元模型的合理性。得出主要结论如下:
　　(1)根据规范和试验资料，建立了碳纤维侧粘加固梁在三种破坏形式下的正截面抗弯承载力计算公式，通过对比分析，简化计算值与试验值比较吻合，证明该计算方法可满足工程加固设计的要求;
　　(2)侧粘碳纤维能提高受弯构件的极限承载力，增强构件的刚度和延性，使得钢筋混凝土受弯构件的力学性能得到改善，尤其是对裂缝的约束作用，侧面粘贴碳纤维使得裂缝的展开方向垂直于碳纤维布，从而对裂缝有了很好的阻隔作用，使得裂缝往小而密的方向发展，不再产生较大裂缝，提高了受弯构件的整体稳定性;
　　(3)随碳纤维层数的增加，梁的极限承载力也不断增大，但加固效率会有所降低，碳纤维粘贴层数一般不宜超过三层;在相同的碳纤维用量下，粘贴位置越靠近于梁体的受拉区部位，加固效果越理想，碳纤维的侧粘高度一般不宜超过梁高的1/3。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 传统方法加固钢筋混凝土结构的应用与技术现状

1．3 CFRP加固钢筋混凝土结构的应用及其技术特点

1．4 CFRP加固钢筋混凝土结构国内外研究现状及应用状况

1．4．1 试验研究概况

1．4．2 解析方法研究概况

1．4．3 有限元方法研究概况

1．5 本文研究的主要内容与意义

2 侧粘碳纤维加固钢筋混凝土受弯构件的受力特性分析

2．1 CFRP与混凝土构件的连接方法

2．1．1 表面粘贴法

2．1．2 表层嵌贴法

2．2 影响侧粘CFRP加固效果的主要因素

2．2．1 配筋率

2．2．2 混凝土强度

2．2．3 碳纤维弹性模量

2．2．4 CFRP侧粘层数

2．2．5 CFRP侧粘高度

2．3 CFRP加固梁的裂缝和挠度分析

2．3．1 加固梁裂缝分析

2．3．2 加固梁刚度变化

2．4 侧粘碳纤维加固钢筋混凝土受弯构件受力特点分析

2．5 侧粘碳纤维加固钢筋混凝土受弯构件破坏形态分析

2．6 本章小结

3 侧粘碳纤维加固钢筋混凝土受弯构件的承载力计算方法研究

3．1 常见的承载力计算方法

3．1．1 非线性静力平衡试算法

3．1．2 非线性条带法

3．1．3 解析法

3．2 侧粘碳纤维加固钢筋混凝土梁的抗弯承载力计算

3．2．1 计算中采用的基本假定与条件

3．2．2 各种破坏类型的应变分析

3．2．3 界限破坏状态的承载力计算方法

3．2．4 适筋破坏Ⅰ的承载力计算方法

3．2．5 适筋破坏Ⅱ的承载力计算方法

3．3 侧粘CFRP加固梁正截面抗弯承载力的设计与复核

3．3．1 侧粘CFRP加固梁正截面抗弯承载力的设计

3．3．2 侧粘CFRP加固梁正截面抗弯承载力的复核

3．4 算例分析

3．4．1 算例

3．4．2 计算值与试验值比较

3．5 本章小结

4 侧粘碳纤维加固钢筋混凝土受弯构件的有限元模型

4．1 引言

4．2 ANSYS功能简介

4．3 钢筋混凝土有限元理论

4．3．1 有限元分析模型

4．3．2 混凝土抗弯加固裂缝模型

4．4 单元选取与材料属性

4．4．1 单元的选取

4．4．2 材料属性

4．5 单元尺寸划分与有限元模型的建立

4．5．1 材料性能指标与试验模型

4．5．2 单元尺寸划分

4．5．3 有限元模型的建立

4．6 有限元模型的加载与求解

4．7 本章小结

5 侧粘碳纤维加固钢筋混凝土受弯构件的有限元结果分析

5．1 变形分析

5．2 极限承载力与荷载-挠度曲线

5．3 碳纤维布的应力-应变分析

5．4 裂缝分析

5．5 侧粘层数和高度对加固梁的影响

5．5．1 侧粘层数的影响

5．5．2 侧粘高度的影响

5．6 有限元分析结果与试验值对比

5．7 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献