基于复合加固二次受力的RC梁受力性能研究

摘要

对现有及受损的钢筋混凝土结构进行加固与修复是目前实际工程中面临的主要问题之一，当前国内外对混凝土结构加固技术的研究主要集中于单一材料的应用上，粘贴碳纤维加固与外粘钢板加固法正是其中两种较为典型的加固方法。但实际上，对于这两种加固材料来说，都是优缺点并存的，而复合加固的方式正是实现优势互补的有效途径之一。因此，本文在他人研究的基础上，采用大型有限元分析软件ANSYS进行了碳纤维与钢板复合加固混凝土梁的数值模拟分析，同时对复合加固混凝土梁的延性与刚度也展开了相关的研究，具体工作主要包括以下几项内容：
　　(1)本文首先分析、评述了碳纤维与钢板复合加固方式的研究现状与发展水平。
　　(2)将有限元理论应用于钢筋混凝土结构的非线性分析，确立了本文研究对象的有限元单元模型、结构模型以及非线性有限元求解的解决方案等。
　　(3)通过系统分析数值模拟的结果，着重针对复合加固效果的影响因素，从梁的特征荷载、挠度、应变等效应的角度，较为深入地研究了复合加固梁的抗弯性能，并根据分析得到的结果提出了相应的设计与应用建议。
　　(4)安全、适用与耐久是结构可靠性的标志，在构件极限承载力满足要求的前提下，延性与刚度也是正常使用极限状态下构件受力的重要表征因素，对此，本文根据复合方式加固下钢筋混凝土梁的力学性能，探讨了二次受力下构件最终的曲率延性的计算方法，并利用此方法进行了构件的延性影响因素分析；同时根据复合加固混凝土梁变形的特点，初步建立了二次受力下构件抗弯刚度的计算公式，计算结果与实验结果吻合较好，可为复合加固在实际工程中的应用提供一定的理论指导。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 建筑结构加固工程概述

1.1.1 加固改造的必要性

1.1.2 主要加固方法

1.2 粘贴碳纤维材料(CFRP)加固技术

1.2.1 碳纤维加固技术概述

1.2.2 粘贴CFRP加固技术的国外研究概况

1.2.3 粘贴CFRP加固技术的国内研究概况

1.3 粘贴钢板加固技术

1.3.1 粘贴钢板加固技术概述

1.3.2 粘贴钢板加固技术的国外研究概况

1.3.3 粘贴钢板加固技术的国内研究概况

1.4 粘贴碳纤维与钢板复合加固技术

1.4.1 粘贴碳纤维与钢板复合加固技术概述

1.4.2 复合加固技术的研究发展概况

1.5 本文研究的主要内容

第2章 复合加固梁非线性有限元模型的确立

2.1 有限元分析方法概述

2.2 结构非线性问题

2.3 钢筋混凝土构件有限元法分析模型

2.3.1 整体式模型

2.3.2 分离式模型

2.3.3 组合式模型

2.4 本文单元模型的确立

2.4.1 混凝土单元

2.4.2 钢筋单元

2.4.3 碳纤维单元

2.4.4 钢板单元

2.4.5 刚性垫块单元

2.5 材料属性的确定

2.5.1 混凝土

2.5.2 钢筋与钢板

2.5.3 碳纤维

2.5.4 刚性垫块

2.6 非线性有限元问题的求解

2.6.1 增量法

2.6.2 迭代法

2.6.3 平衡迭代的收敛控制

2.7 本文非线性求解中几个问题的解决对策

2.7.1 混凝土单元开裂或破坏后的处理

2.7.2 二次受力模拟

2.8 本章小结

第3章 复合加固梁抗弯性能分析

3.1 概述

3.2 有限元模拟分析模型

3.2.1 试验梁

3.2.2 本文分析模型的建立

3.3 复合加固梁有限元模拟结果分析

3.3.1 特征荷载的比较

3.3.2 几个加固效果的影响因素分析

3.3.3 挠度分析

3.3.4 应变分析

3.4 本章小结

第4章 考虑二次受力复合加固梁延性研究

4.1 概述

4.2 基本假定

4.3 破坏模式选择

4.4 二次受力下复合加固梁延性计算

4.4.1 延性指标

4.4.2 碳纤维及钢板的滞后应变

4.4.3 屈服曲率计算公式推导

4.4.4 极限曲率计算公式推导

4.5 延性的影响因素分析

4.5.1 滞后应变的影响

4.5.2 碳纤维用量的影响

4.6 本章小结

第5章 考虑二次受力复合加固梁刚度研究

5.1 概述

5.2 复合加固梁刚度变化的特点

5.3 二次受力下复合加固梁刚度实用计算方法

5.3.1 一次受力下复合加固梁刚度公式推导

5.3.2 考虑二次受力影响的刚度折减系数

5.3.3 理论计算结果与试验结果的对比

5.4 本章小结

结论

参考文献

致谢