FRP加固混凝土梁刚度及变形非线性有限元分析

摘要

混凝土结构会随着时间慢慢出现风化、开裂等各种问题，部分结构不能达到正常使用要求，存在安全隐患，另外，出现的结构裂缝会引起人们心理上的恐慌。为了使建筑结构继续安全使用，减少拆盖经费，充分发挥其使用价值，通常情况下对此类建筑物采取加固或改造建设。FRP(Fiber Reinforced Plastic/Polymer，缩写FRP)作为近几年应用最为广泛的加固材料之一，在加固和改造工程中越来越受青睐。FRP包括 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer/Plastic)、GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer/Plastic)以及AFRP(Aramid Fiber Reinforced Polymer/Plastic)等多种材料，本文主要选取CFRP和GFRP为加固材料，研究钢筋混凝土梁加固后的变形和刚度以及裂缝分布情况，主要内容如下：
　　1.本文依据本项目的混凝土加固梁抗弯试验确定出有效合理的 FRP加固混凝土梁变形及刚度分析的非线性有限元分析方案。详细分析了材料的本构关系和混凝土的破坏准则，紧接着又对基于ANSYS软件的模型参数、网格划分以及加载设置加以讨论，建立与试验中混凝土梁相对应的有限元仿真模型。
　　2.依据数值模型，对试验梁进行有限元分析，同时对不同长度的碳纤维板加固梁进行模拟。并将有限元模拟结果与试验结果对比分析，分析各种参数（如纤维粘贴长度、纤维粘贴层数、纤维种类等）变化对钢筋混凝土梁加固效果的影响。
　　3.由对比分析可知，粘贴FRP可以提高混凝土梁的极限承载力、减小梁挠度变形、减缓梁受拉区裂缝的发展，承载力提高并不是线性增加，增长趋势慢慢平缓；CFRP片材对梁的加固效果好于GFRP，但前者加固成本高出后者几倍；相同的FRP片材对低配筋率的混凝土梁加固效果更好，FRP片材利用率较高，但梁的受弯承载力提高的同时延性也会相对降低。
　　4.分析结果表明，有限元分析可以很好的模拟混凝土梁的变形及开裂过程，且与试验结果基本吻合，可以对一些实际工程加固前进行预演模拟，对工程加固具有指导作用。

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第一章 绪 论

1.1 课题研究意义及目的

1.2 国内外试验研究现状

1.3 FRP加固混凝土梁有限元分析的研究现状

1.4 本文研究内容

第二章 FRP加固混凝土梁变形和刚度试验研究

2.1 试验研究方案

2.2 试验现象与结果分析

2.3 本章小结

第三章 FRP加固混凝土梁有限元分析材料本构关系

3.1 概述

3.2 有限元模型的选择

3.3 材料本构关系

3.4 混凝土的破坏准则

3.5 本章小结

第四章 FRP加固混凝土梁有限元分析前处理与加载

4.1有限元模型单元选取

4.2 实常数与材料属性

4.3 网格划分

4.4 加载分析

4.5 本章小结

第五章 FRP加固混凝土梁非线性有限元分析后处理

5.1 混凝土梁各模型有限元分析结果

5.2 有限元分析结果与试验结果对比

5.3 裂缝的发展

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢