在持载作用下碳纤维加固RC梁的三维仿真分析与应用

摘要

近年来，纤维材料因其较好的结构性能和耐久性能而逐渐转向民用领域，尤其是在土木工程中的应用得到迅速发展。目前国内外有大量对纤维材料加固钢筋混凝土梁后抗弯承载力的试验研究，一方面这些试验大多是对完好试件(极少部分是预裂梁)加固后进行研究，这与实际差别较大。因此进一步研究模拟加固后实际结构的受力状况具有重要的实际意义。另一方面从试验角度，通过试验手段很难分析结构内力和变形发展的全过程，也很难观测界面下混凝土内部微裂缝的发生以及扩展过程，进而也就很难了解其剥离破坏的机理；从理论方面，界面非线性行为基本上无法得到理想的解析解。因此，需要在试验研究的基础上，采取适当的数值方法，模拟其破坏过程，进而解释其内在机理。我国目前相关规范规程上对碳纤维和混凝土界面行为的相关计算还基本处于空白状态。所以，目前很有必要对碳纤维布混凝土的界面行为，从力学机理、数值模型和设计公式方面进行深入的研究。 本文选择合适的混凝土、钢筋、碳纤维布本构关系和破坏准则；利用大型有限元软件 ADINA 中的界面单元来模拟碳纤维布与混凝土之间的粘结滑移；在裂缝处理上，本文采用传统的弥散裂缝模型，并采用部分精细网格划分方式，使得裂缝模拟更接近实际情况。之后，选择了其他作者的实验室实验数据，通过16根梁的试验结果对比计算，证明利用以上理论知识建立的有限元数值模型是可行的，且计算精度较高。另外，本文选用了双剥离破坏准则，使得模型可以模拟剥离破坏过程，并能观测界面下混凝土内部微裂缝的发生以及扩展过程，进而了解其剥离破坏的机理。

目录

文摘

英文文摘

1绪论

1.1概述

1.2现有桥梁加固的方法及碳纤维加固混凝土结构的优势及技术发展概况

1.3钢筋混凝土结构有限元的发展

1.4课题研究的背景和工程意义

1.5本文研究内容

2试验梁的数值模拟分析与非线性有限元的求解对策

2.1概述

2.2 ADINA有限元软件简介

2.3有限元分析模型的建立

2.4材料本构关系及破坏准则

2.4.1混凝土

2.4.2钢筋本构关系

2.4.3纤维布复合材料本构关系

2.5模型中采用的单元类型

2.5.1混凝土单元

2.5.2钢筋单元和CFRP单元

2.6单元破坏后的处理

2.7裂缝的处理方式

2.8 ADINA计算中的非线性分析、收敛分析及其对应方案

2.8.1非线性分析计算

2.8.2非线性计算收敛分析及其对应方案

3抗弯加固剥离破坏研究

3.1 概述

3.2 CFRP和混凝土的粘结滑移关系

3.2.1 CFRP和混凝土之间的本构关系

3.2.2破坏准则

3.3 CFRP-混凝土界面数值模拟研究

3.4抗弯构件的剥离承载力

4试验结果与数值模拟计算结果对比分析

4.1概述

4.2实验简介

4.3有限元非线性计算结果与试验结果的对比

4.3.1荷载-跨中挠度曲线图

4.3.2混凝土的应变及其分布

4.3.3 CFRP的应变及其分布

4.3.4破坏荷载

4.3.5误差分析

4.3.6试验梁的裂缝开展及破坏情况对比

5抗弯加固梁构件剥离破坏过程分析

5.1概述

5.2典型构件的破坏过程分析

6结论和展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献