智能CFRP加固钢筋混凝土结构荷载效应与可靠度模拟测评

摘要

本文在CFRP中埋入FBG传感器，构成智能复合材料，并用其对既有的钢筋混凝土结构进行加固，实现了CFRP对钢筋混凝土结构集先进加固与实时在线健康测评双重功能与一体之目的。 首先，本文用埋入FBG传感器的CFRP对两组不同配筋率的钢筋混凝土梁进行加固，并对其进行四点静载抗弯实验，结果表明FBG所测得的底层碳纤维应变与传统电阻应变片所测数据是一致的，证明利用FBG传感器监测碳纤维应变值的有效性。 本文通过应用有限元分析软件ANSYS，对实验中的各梁分别进行了有限元模拟，从而得到了碳纤维应变与梁的荷载、受拉钢筋应变及压区混凝土应变等荷载效应的关系曲线，模拟结果与实验结果基本吻合，从而证明只要将实验所测碳纤维布应变代入有限元分析结果中，即可求得其它的荷载效应。 最后，本文以一根实验梁为研究对象，采用蒙特卡罗法，应用Matlab编程，对其在设计荷载下的随机可靠度进行了评估，计算所得可靠度指标与传统一次二阶矩法接近；通过将蒙特卡罗法中的状态指标函数模糊化，应用Matlab编程求得其模糊随机可靠度。证明应用Matlab，可以求得任一荷载条件下的梁的随机可靠度、模糊随机可靠度，从而使健康监测更趋合理。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1课题背景及意义

1.2国内外研究现状

1.2.1碳纤维加固混凝土结构有限元分析

1.2.2碳纤维加固混凝土结构可靠度分析

1.3本文主要研究内容

第2章智能CFRP加固RC梁实验

2.1 FBG传感器的传感原理

2.2 CFRP加固RC梁实验

2.2.1实验梁材料性能

2.2.2实验梁制备

2.2.3 CFRP加固工艺

2.2.4传感系统的布置

2.3实验结果与分析

2.3.1 A组梁三区应变－荷载曲线

2.3.2 B组梁三区应变－荷载曲线

2.3.3讨论分析

2.4本章小结

第3章智能CFRP加固RC梁荷载效应测评

3.1材料本构关系

3.1.1混凝土本构关系

3.1.2钢筋本构关系

3.1.3碳纤维复合材料本构关系

3.1.4粘接层本构关系

3.2结构非线性有限元问题

3.2.1结构非线性问题

3.2.2材料非线性问题方程组求解

3.2.3影响非线性计算收敛的因素

3.3单元选取

3.3.1混凝土单元

3.3.2钢筋单元

3.3.3 CFRP单元

3.3.4界面单元

3.4结果分析

3.4.1 CFRP应变－荷载曲线

3.4.2 CFRP应变－受拉钢筋应变曲线

3.4.3 CFRP应变－压区混凝土应变曲线

3.4.4讨论分析

3.4.5 CFRP加固RC梁实时安全测评

3.5本章小结

第4章智能CFRP加固RC梁可靠度分析

4.1结构可靠度理论

4.1.1结构可靠度的基本概念

4.1.2失效概率与可靠度指标

4.2蒙特卡罗法概述

4.3用蒙特卡罗法分析碳纤维加固RC梁可靠度

4.3.1理论分析

4.3.2用Matlab实现CFRP加固RC梁的可靠度评估

4.4碳纤维加固RC梁随机模糊可靠度分析

4.4.1模糊数学基础

4.4.2模糊可靠度计算理论

4.4.3基于蒙特卡罗法的随机模糊可靠度理论

4.4.4碳纤维加固RC梁模糊随机可靠度分析

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢