CFRP布加固钢管桁架K型节点静力性能有限元分析

摘要

随着时代的发展，钢结构在桥梁建设中占据了非常重要的地位。钢结构是桥梁建设中非常重要的一部分，钢结构截面形式有诸多类型，其中钢管由于其优良的特性，多应用于桥梁建设，从结构上来看，钢管桁架的跨越能力非常好。就目前城市发展来讲，高架桥和城市桥梁需求逐渐增加，而钢管桁架十分适合用于高架桥和城市桥梁修建。
　　对于钢管桁架结构来说，节点作为杆件的连接处，可以说是桁架结构中的重要部位，但同时也是薄弱部位，因此节点部位需要重点关注和研究。目前，现有的对于节点加固的方式主要可以分为外部加固法和内部加固法两类，虽然现有的加固方法有一定的优势，但是也普遍存在着一些不足。而采用粘贴碳纤维材料（CFRP）的方法来加固管节点则可以弥补现有方式的不足。因此本文采用ABAQUS软件为研究工具，通过建立合理的有限元模型，研究了采用粘贴CFRP布加固桁架节点的静力性能，具体研究内容如下：
　　1.为钢材和碳纤维材料（CFRP）选取合理的本构关系和单元类型。根据现有文献中的试验，设置合理的边界条件以及加载方式并且考虑材料和几何非线性，分别建立CFRP布加固T型圆管节点和未加固的矩形间隙K型管节点的有限元模型，以此来验证有限元模型的合理性。
　　2.采用已验证过的建模方法建立有限元模型，对采用粘贴CFRP布加固的矩形间隙K型节点的静力性能进行了研究和分析。发现粘贴CFRP布加固的矩形间隙K型节点与未加固的K型节点相比，承载力有着明显提高，同时节点的变形得到有效控制。
　　3.系统地分析了CFRP布的加固参数：粘贴方式、层数和长度对于节点承载力的影响，同时还分析了CFRP布的加固参数以及节点的几何参数（支弦杆宽度比、支杆宽度与弦杆宽度之比、弦杆宽厚度比、支杆间隙、支弦杆夹角）对于节点的承载力和节点效率的综合影响。并且对CFRP布的粘贴层数以及粘贴长度进行讨论，得出采用CFRP布加固的最优方案。
　　4.根据文献试验建立矩形空钢管桁架的有限元模型，并且建立在节点处粘贴 CFRP布加固的钢管桁架的有限元模型。通过对比发现，在节点处粘贴CFRP布加固的钢管桁架的受力性能均优于未加固的空钢管桁架。

目录

第一章 绪 论

1.1 钢管桁架在桥梁工程中的发展

1.2 钢管桁架节点的几何参数及破坏模式

1.3 钢管桁架节点的加固

1.4 CFRP材料加固钢结构

1.5 问题的提出

1.6 本文主要研究内容

第二章 有限元分析模型的建立方法

2.1非线性分析

2.2 Abaqus简介

2.3 Abaqus有限元分析方法的实现

2.4 有限元模型的验证

2.5 本章小结

第三章 CFRP布加固矩形间隙K型节点有限元分析

3.1 有限元分析模型的建立

3.2 CFRP布加固矩形K型间隙节点受力性能分析

3.3 本章小结

第四章 CFRP布加固矩形间隙K型节点的参数分析

4.1 分析参数的确定

4.2 参数分析

4.3 尺寸效应

4.4 关于粘贴层数和长度的讨论

4.5 本章小结

第五章 CFRP布加固钢管桁架有限元分析

5.1有限元模型的建立

5.2 有限元分析结果与试验结果对照

5.3 粘贴CFRP布加固矩形钢管桁架分析

5.4 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢