二次受力下预应力CFRP板加固钢梁有限元模拟分析

摘要

碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymers，以下简称CFRP)以其质量轻、强度高、耐腐蚀、施工方便等优点，广泛应用于工程结构加固领域。国内外许多学者研究证明，普通的粘贴CFRP加固钢结构虽然可以一定程度上提高加固构件的抗弯承载力及刚度，但是提高程度十分有限，加固效果不是很理想。
　　基于以上原因，有些学者提出采用预应力方法对CFRP进行张拉，提高碳纤维的利用效率，发挥其高强度优势，从而提高钢结构的加固效果。国内部分学者对预应力CFRP加固钢结构的抗弯承载力计算公式进行了研究，但所得到的公式形式往往过于复杂，且很少考虑二次受力的影响。到目前为止国内还没有明确的CFRP加固钢结构计算方法和设计规范，这严重制约了CFRP加固钢结构技术的推广和应用。
　　本文以CFRP板加固无损H型钢梁为主要研究对象，主要研究了预应力CFRP加固技术中预应力施加方式以及相关锚固措施，并推导了符合国内钢结构行业设计人员使用习惯的预应力CFRP加固钢梁抗弯承载力计算公式。最后利用有限元分析软件ANSYS对二次受力下预应力CFRP板加固钢梁进行有限元模拟，研究了不同程度预应力、不同程度初始应力、不同碳纤维板长度、宽度以及厚度对加固钢梁抗弯性能的影响，并将模拟结果和理论计算结果进行对比，验证理论公式的正确性。
　　目前《钢结构加固设计规范》正在重新编制，本文的主要研究成果可以为加固规范编制提供理论和数据参考。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外关于非预应力CFRP加固钢结构的研究现状

1．2．1 非预应力CFRP加固钢结构试验研究

1．2．2 非预应力CFRP加固钢结构数值分析

1．3 国内外关于预应力CFRP加固钢结构的研究现状

1．3．1 预应力CFRP加固钢结构试验研究

1．3．2 预应力CFRP加固钢结构数值分析

1．4 预应力CFRP加固钢结构优势

1．5 课题的提出及本文主要研究内容

1．5．1 课题的提出

1．5．2 本文主要研究内容

第二章 预应力CFRP加固钢结构施加方式及端部锚固措施

2．1 引言

2．2 预应力CFRP加固钢结构施加方式

2．2．1 反拱法

2．2．2 外部张拉法

2．3 预应力CFRP加固钢结构端部锚固措施

2．3．1 端部处理

2．3．2 设置锚固长度

2．3．3 端部缠绕锚固

2．3．4 机械锚固

2．4 本章小结

第三章 预应力CFRP板加固钢梁抗弯承载力计算公式

3．1 引言

3．2 CFRP板加固钢梁受力性能影响因素

3．3 加固钢梁截面应力分析

3．3．1 初始应力分析法

3．3．2 初始应变分析法

3．4 抗弯承载力计算公式

3．4．1 计算假定

3．4．2 未加固钢梁抗弯承载力计算公式

3．4．3 加固钢梁抗弯承载力计算公式

3．4．4 规范化的加固钢梁抗弯承载力计算公式

3．5 本章小结

第四章 CFRP板加固钢梁有限元模型的建立

4．1 引言

4．2 CFRP板加固钢梁静力试验

4．2．1 试验方案

4．2．2 试验材料

4．2．3 试验装置

4．3 有限元模拟

4．3．1 基本假定

4．3．2 材料属性

4．3．3 单元选择及约束方程

4．3．4 网格划分及加载求解

4．4 有限元模型的准确性

4．5 本章小结

第五章 预应力CFRP板加固钢梁的有限元模拟分析

5．1 引言

5．2 模型建立

5．3 预应力CFRP板加固钢梁有限元分析

5．3．1 CFRP板预应力水平的影响

5．3．2 二次受力的影响

5．3．3 CFRP板选择的影响

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 本文主要结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况