预应力CFRP布加固混凝土受弯构件设计方法研究

摘要

碳纤维布(carbon fiber reinforced polymer sheet，简称CFRP布)是一种轻质、高强、耐腐蚀和弹性模量高的加固材料，利用其对混凝土结构进行加固补强具有施工便捷、适用面广等优点，已经被广泛应用于实际工程，并一直成为国内外工程界研究的热点。
　　但是相关研究表明:利用普通CFRP布加固负载混凝土构件，在随后的二次受力过程中，CFRP布应力始终滞后于混凝土与受力钢筋的应力，加固构件需产生较大变形才能发挥CFRP布高强特性。如果加固前对CFRP布预先张拉，然后将其黏贴于构件的受拉侧混凝土表面，则CFRP布中的预应力会对构件产生与外荷载效应方向相反的作用力，能够使CFRP布较早的参与构件的受力，充分发挥CFRP布强度高的特点。
　　为研究负载状态下利用预应力CFRP布加固混凝土梁正截面受弯力学性能，本文在文献[41，54]试验研究成果基础上，利用有限元分析软件ABAQUS建立了12根试验梁和3根普通CFRP布加固梁的有限元分析模型，完成了预应力CFRP布加固负载混凝土梁正截面受弯力学性能的分析。试验及分析结果表明:分析值与试验值吻合较好，预应力CFRP布粘贴加固后试验梁二次受力过程中，预应力CFRP布较好的参与至梁的受力过程，发挥了CFRP布强度高的特点，明显提高了构件正截面受弯承载力，延缓了裂缝的发展，抑制了构件的变形。基于试验与分析数据，建立了预应力CFRP布加固负载混凝土梁正截面受弯承载力计算公式和截面刚度计算公式，计算结果偏于安全。
　　为研究负载状态下利用预应力CFRP布加固混凝土梁斜截面受剪力学性能，本文在文献[52，53]试验研究成果基础上，利用有限元分析软件ABAQUS建立了12根试验梁和3根普通CFRP布加固梁的有限元分析模型，完成了预应力CFRP布加固负载混凝土梁斜截面受剪力学性能的分析。试验及分析结果表明:分析值与试验值吻合较好，采用预应力CFRP布加固负载混凝土梁斜截面能够抑制斜截面裂缝的产生和发展，较好的发挥了CFRP布的高强特点，明显提高了构件斜截面受剪承载力。并基于试验与分析数据，建立了预应力CFRP布加固负载混凝土梁斜截面受剪承载力计算公式，计算结果偏于安全。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 混凝土结构加固技术简介

1．2．1 传统加固方法

1．2．2 CFRP布加固混凝土结构的技术特点

1．3 CFRP布加固混凝土结构的研究现状

1．3．1 CFRP布加固混凝土构件的试验研究成果

1．3．2 CFRP布加固混凝土构件的理论研究成果

1．4 本文研究的主要内容

2 有限元数值分析

2．1 ABAQUS软件介绍

2．2 材料本构关系模型

2．2．1 ABAQUS中的混凝土本构模型

2．2．2 钢材的本构模型

2．2．3 CFRP布的本构模型

2．3 有限元模型的建立

2．3．1 模型简介

2．3．2 单元和约束选择

2．3．3 预应力的施加和二次受力的实现

2．3．4 有限元模型

2．4 本章小结

3 预应力CFRP布加固混凝土梁正截面受弯承载力设计方法研究

3．1 主要试验结果

3．2 ABAQUS计算结果与分析

3．2．1 承载力分析

3．2．2 变形分析

3．2．3 纵向钢筋应力分析

3．2．4 CFRP布应力分析

3．2．5 预应力CFRP布与纵筋协同受力分析

3．3 预应力CFRP布加固混凝土梁正截面承载力设计方法的研究

3．3．1 基本假定

3．3．2 初始弯矩作用下CFRP布滞后应变的计算

3．3．3 预应力损失计算及预应力CFRP布有效应力取值

3．3．4 加固梁正截面受弯承载力设计公式

3．3．5 理论计算与试验结果对比

3．4 预应力CFRP布加固混凝土梁正截面刚度计算方法的研究

3．4．1 钢筋混凝土梁刚度分析方法

3．4．2 CFRP布加固梁刚度及挠度计算方法

3．4．3 加固梁刚度计算

3．5 本章小结

4 预应力CFRP布加固混凝土梁斜截面受弯承载力设计方法研究

4．1 主要试验结果

4．2 ABAQUS计算结果与分析

4．2．1 极限承载力分析

4．2．2 变形分析

4．2．3 CFRP布应力分析

4．2．4 预应力CFRP布与箍筋协同受力分析

4．3 预应力CFRP布加固混凝土梁斜截面受剪承载力设计方法的研究

4．3．1 外贴预应力CFRP布加固梁斜截面受剪承载力的作用机理

4．3．2 加固梁斜截面受剪承载力计算模型

4．3．3 理论计算与试验结果对比

4．4 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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