预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁受力性能分析及承载力计算

摘要

近年来，碳纤维布加固技术在加固领域得到广泛应用。对于该方法，研究者们采用不同方法来改进：对碳纤维布施加预应力可以使得结构的整体受力性能得到改善，然而，关于施加预应力能否提高构件的承载力问题尚存争议。在加固之前，结构一般都承受一定地荷载，该问题影响着碳纤维布的加固性能。总之，大量深入研究工作还需要继续跟进。
　　针对预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的受力性能，利用有限元分析软件ANSYS，进行了非线性数值模拟，分析结果与试验结果吻合较好，证明所建立的三维有限元模型是有效的。利用该正确的模型，我们发现考虑预应力碳纤维布加固梁的竖向位移从梁中两边逐渐减小。当预应力碳纤维布刚参与受力，梁的竖向位移将产生回弹，受拉钢筋的拉应力得到一定程度减轻，受压钢筋和混凝土的压应力也得到了一定程度减轻，这意味着整个结构的受力状态得到了改善。受拉钢筋屈服前，碳纤维布的应变增长缓慢。然而，当受拉钢筋屈服后，碳纤维布的应变快速增加直至破坏。碳纤维布参与受力虽然可以很大程度提高加固梁的屈服荷载和极限荷载，但是对于加固梁的延性有很大程度减低，由于碳纤维布的断裂后结构的承载力急剧下降，本文建议对加固梁的承载力和极限位移进行估算，以保证结构安全。
　　利用有限元分析软件ANSYS，讨论了相关参数对该类型加固梁受力性能的影响，得到以下结论：当混凝土的强度较低而加固的碳纤维布较多时，梁的破坏会因为混凝土压碎而破坏，这样不能充分发挥碳纤维布的强度，在设计中不宜出现此种情况。随着混凝土等级提高，梁的破坏会转变成碳纤维布的拉断，在加固设计中，设计者希望看到的是出现碳纤维布拉断的这种破坏模式，因此当混凝土的强度不能满足抗压需求时，应该考虑增加加固梁上部的抗压能力，以使碳纤维布能充分发挥其强度。碳纤维布的加固量对于梁的屈服荷载和极限承载力增强很多，但是碳纤维布预应力的施加只影响梁的钢筋屈服时的荷载大小，且碳纤维布预应变为0.02时效果最好，对梁的极限荷载影响不大。梁在加固以前的持荷大小对加固的效果影响很大，本文建议卸载后的持有荷载不宜超过极限荷载40％。
　　此外，参考现有的相关理论，结合预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的破坏模式，分别给出了两种破坏模式的抗弯承载力计算公式；用有限元数据进行验证，表明采用该模型进行理论计算更加贴近实际情况。

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第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 国内外的研究现状

1.3本文研究内容

第2章 预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁受力性能非线性数值分析

2.1 引言

2.2 试验概况

2.3 预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的有限元模型

2.4 有限元模型的验证

2.5 非线性数值模拟

2.6 本章小结

第3章 预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁受力性能的参数分析

3.1 引言

3.2纵向受拉钢筋配筋率对加固梁受力性能的影响

3.3 混凝土强度对加固梁受力性能的影响

3.4 碳纤维布加固量对加固梁受力性能的影响

3.5 碳纤维布预应力对加固梁受力性能的影响

3.6持荷大小对加固梁受力性能的影响

3.7 预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁极限状态分析

3.8 本章小结

第4章 预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的正截面承载力计算

4.1引言

4.2预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的基本假定

4.3预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的破坏模式

4.4预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁正截面承载力计算

4.5计算结果与有限元值对比分析

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1本文结论

5.2研究展望

参考文献

致谢

附录 攻读硕士学位期间发表的学术论文