碳纤维布加固预应力混凝土梁的设计方法研究

摘要

本文对碳纤维布(Carbon Fiber Reinforced Polymer，简称CFRP)加固预应力混凝土梁的正截面受弯性能进行了研究，并对实际工程中的设计方法提出了建议。研究通过采用ANSYS进行有限元数字模拟试验完成。试验针对配筋率、预筋强度比、加固量、恒活载比例、卸载量、预应力筋预应力强度共计6个因素，每因素5水平数进行。通过正交试验设计法总共设计了25根梁。分别研究了碳纤维布加固预应力混凝土梁的抗弯加固效果，受力全过程，破坏形式，梁的裂缝特性，CFRP强度利用率以及本文所考察的各因素对于构件加固后极限承载力、极限挠度与屈服挠度比值的影响。 在理论方面，本文通过力平衡方程以及变形协调方程推导出了抗弯承载力的一般计算方法，以此方法为基础编制了基于非线性材料本构关系的抗弯承载力求解程序。经验证，本文有限元模拟试验所得结果与理论分析符合良好。 为使研究结论适于实际应用，提出了适于设计使用的简化极限承载力计算方法，此方法有较好的适应性可以在避免产生少筋和超筋构件的同时简化计算并提供更多的安全保证。 以上述研究为基础，本文以某预应力梁加固的实际工程为实例，结合本文分析结果提出了设计建议。 最后，对于此类问题的进一步研究提出了展望。

目录

文摘

英文文摘

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第1章 绪论

1.1碳纤维加固技术的发展历史与现状

1.1.1混凝土加固技术发展的背景

1.1.2 CFRP加固技术应用现状

1.2 CFRP加固理论研究现状

1.2.1欧洲的研究情况

1.2.2北美的研究情况

1.2.3日本的研究情况

1.2.4国内的研究情况

1.3本文研究的目的及内容

第2章 加固梁受弯性能有限元试验研究

2.1试验目的

2.2试验设计

2.2.1基本假定

2.2.2几何及物理参数的选取

2.2.3有限元单元的选取

2.2.4材料本构及单元参数的选取

2.2.5正交设计

2.2.6模型建模

2.3试验结果

2.4结果分析

2.4.1破坏形式

2.4.2荷载位移曲线

2.4.3挠度变化及影响因素

2.4.4极限弯矩变化及影响因素

2.4.5极限挠度与屈服挠度比值的变化及影响因素

2.4.6 CFRP利用率及影响因素

2.5本章小结

第3章 加固梁正截面受弯性能理论分析

3.1一般分析方法

3.2全过程受力分析

3.2.1预应力施加完毕阶段

3.2.2加固阶段

3.2.3极限阶段

3.3算例及有限元结果校核

3.3.1程序编制

3.3.2算例及校核

3.4本章小结

第4章 设计用简化计算方法

4.1加固前状态计算

4.2最大、最小加固量的判断

4.2.1最大加固量计算

4.2.2最小加固量计算

4.3极限弯矩计算

4.4算例及分析

4.5本章小结

第5章 工程应用

5.1工程背景简介

5.2加固方案设计

5.3加固效果

第6章 结论与展望

6.1结论

6.2进一步工作的方向

致谢

参考文献

附录A ANSYS分析中所采用命令流

附录B Matlab求解程序源代码

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果