外贴碳纤维布加固受弯钢筋混凝土梁的数值模拟研究与理论分析

摘要

碳纤维布(CFRP)加固修补混凝土结构技术是一项新兴的结构加固技术，它是利用树脂类胶结材料将碳纤维材料粘贴于混凝土表面，从而达到对结构构件补强加固及改善结构受力性能的目的。由于碳纤维材料的轻质、耐腐、高强及施工便利，在加固领域得到了大量应用。 实际的加固问题大多属于二次受力问题，但现有的研究均未能够对这一特性加以很好的考虑，而是将加固结构视为组合结构进行分析，所得出的结果与实际情况有一定偏差。本文用数值计算的方法对二次受力问题进行了初步探讨。 大型通用软件ANSYS在土木工程上的运用是非常优秀的，具有强大的线性和非线性处理能力。本文采用ANSYS有限元分析软件，对卸载或不卸载时预应力碳纤维布加固梁进行仿真分析，并在有限元分析中提出了施加预应力的方法(升温法)，以及利用单元的生与死实现不卸载时加固的方法。实例对比分析表明，基于ANSYS的有限元分析结果与试验分析结果吻合较好，可在一定程度上有效替代试验分析方法，从而减少试验所需的时间和费用，对后续的碳纤维布加固混凝土结构的研究工作具有一定的参考价值。 最后，在理论分析上，采用平截面假定，根据混凝土梁受弯的基本理论，提出了实用计算方法。通过应变相容方法和对破坏机理的定义，由给定的CFRP横截面积预测加固梁的极限弯曲强度。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1概述

1.2国内外研究概况

1.2.1常用的加固方法

1.2.2碳纤维加固的研究方法

1.3本文的主要研究内容

第2章碳纤维布加固混凝土梁的有限元分析

2.1 ANSYS有限元软件简介

2.2有限元模型的建立

2.3本构关系

2.3.1混凝土的本构关系

2.3.2混凝土单轴应力应变关系

2.3.3混凝土的破坏准则

2.3.4混凝土Drucker-Prager的破坏准则

2.3.5混凝土多线性随动强化模型

2.3.6 ANSYS中混凝土单元(solid65)

2.3.7钢筋的本构关系

2.3.8纤维布复合材料本构模型

2.4有限元计算、收敛分析

2.4.1非线性分析计算步骤

2.4.2影响非线性计算收敛的因素

2.4.3裂缝处理方式

2.5本章小结

第3章应用ANSYS进行碳纤维布加固效果分析

3.1分析模型的建立

3.2有限元分析中的具体材料常数

3.3加固梁钢筋、纤维布荷载—应力有限元分析

3.4加固梁受拉底面混凝土等效应力有限元分析

3.4.1相同荷载作用下，不同加固梁底面等效应力对比分析

3.4.2不同荷载作用下，同一加固梁底面等效应力对比分析

3.5梁截面应力分布计算结果

3.6本章小结

第4章初弯矩作用下预应力碳纤维布加固RC梁

4.1碳纤维布加固混凝土结构中的二次受力问题

4.2预应力碳纤维布加固RC梁

4.2.1预应力的施加

4.2.2算例

4.3本章小结

第5章加固矩形梁极限抗弯计算

5.1正截面抗弯计算假定

5.2加固梁的工作阶段

5.2.1加固梁正截面工作的三个阶段

5.2.2荷载—挠度关系假定

5.2.3截面分析

5.3正截面抗弯极限承载力简化计算

5.3.1碳纤维滞后应变εcfo的计算

5.3.2碳纤维强度发挥系数

5.3.3极限弯矩的确定

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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