基于接触非线性仿真模拟的CFRP加固RC梁受弯性能研究

摘要

碳纤维增强塑料(CFRP)加固修补混凝土结构技术是一项新兴的结构加固技术,它是利用树脂类胶结材料将碳纤维材料粘贴于混凝土表面,从而达到对结构构件补强加固及改善结构受力性能的目的,由于碳纤维材料的轻质、耐腐、高强及施工便利,在加固领域得到了大量应用。
　　为了研究碳纤维对受弯梁加固后梁承载力提高的幅度,尤其是碳纤维的粘贴面积对加固效果的影响,本文采用试验研究和理论分析相结合的方法,对外贴碳纤维布加固的钢筋混凝土受弯梁进行了分析和研究。
　　本文在介绍钢筋混凝土加固结构非线性有限元分析理论和建模技术的基础上,运用有限元方法,确定适当的数值模型,选择合适的材料单元(其中混凝土选用SOLID65单元,钢筋选用LINK8单元,碳纤维布选用SHELL41单元,接触单元选用TARGE170和CONTA174),设定正确的模拟参数(包括混凝土、钢筋、碳纤维布的弹性模量、泊松比、应力应变关系等),通过多次的试算,建立合理的非线性有限元梁模型。
　　结果表明:碳纤维加固后,梁的正截面承载力有很大的提高,其中粘贴层数对加固效果有很大的影响,层数越多提高越大,但这种提高幅度是非线性的。加固后梁的刚度有一定的提高,碳纤维布粘贴层数对刚度的影响在钢筋屈服以后比较明显。将有限元分析的结果与试验结果进行对比分析,通过对比研究发现,有限元分析结果与试验结果吻合较好,两种计算结果的差异大概在20％,并从弹塑性理论和有限元理论两个角度详细科学的描述了两者之间产生差异的原因。
　　本文的有限元模型很好模拟加固梁的力学性能,为定量的分析碳纤维布加固混凝土梁的力学性能提了比较完整的计算数据。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2 FRP加固混凝土技术

1.3研究现状

1.4本文工作的主要内容

第二章 碳纤维加固材料的种类、性质及特点

2.1 FRP材料的种类

2.2 混凝土加固修补粘接剂

2.3 FRP材料的物理特点

2.4 FRP材料的力学性能

2.5碳纤维材料基本参数的测定

2.6小结

第三章 FRP与混凝土界面的粘结性能及剥离破坏

3.1FRP与混凝土界面的粘结性能

3.2剥离破坏问题

3.3端部剥离强度模型

3.4中部裂缝引起的界面剥离强度模型

3.5小结

第四章 CFRP加固混凝土梁受弯非线性有限元分析

4.1引言

4.2 CFRP加固混凝土梁抗弯试验实体模型

4.3有限元分析的单元类型

4.4 材料属性

4.5试验梁的有限元模型

4.6有限元计算结果及分析

4.7影响计算收敛的因素

4.8小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢