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二次受力下预应力CFRP加固R.C梁的理论研究与非线性有限元分析

作　者: 曹璐
导　师: 刘瑛
学　校: 青岛理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 预应力 CFRP布 R.C梁加固二次受力抗弯承载力刚度非线性有限元
分类号: TU375.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

碳纤维材料(CFRP)加固混凝土结构技术是一项新型高效的加固技术,比传统的加固技术更为便捷有效,近十余年来已得到了广泛的应用。随着不断的深入研究发现,碳纤维材料在对混凝土梁进行受弯加固时存在着以下问题:①碳纤维布的利用率不高,当钢筋与碳纤维布共同工作时,钢筋完全发挥强度时碳纤维布才发挥出不到百分之二十的强度;②使用阶段的加固效果不明显,构件的开裂荷载和屈服荷载提高程度不大,难以起到抑制裂缝发展的作用。当对碳纤维布施加预应力后,构件在承受荷载之前碳纤维布就已经发挥了相当的强度,既有效地利用了碳纤维布的高强度,又能抑制构件的变形和裂缝的发展,避免了碳纤维模量与强度比值过低的矛盾。本文的主要研究内容如下:1)在已有的预应力CFRP布加固R.C梁的试验数据基础和公式上,对其受力的全过程进行理论分析,并推导在考虑二次受力情况下加固梁的抗弯极限承载力理论计算公式;2)利用推导的理论计算公式,计算在各因素下预应力CFRP布加固R.C梁二次受力时的抗弯极限承载力,并对计算结果进行分析,分析各因素下二次受力对承载力的影响及其规律。分析表明了:预应力CFRP布加固R.C梁的承载力有了明显的提高并且二次受力对承载力的影响很小,可以忽略不计;3)推导二次受力下预应力CFRP布加固梁在正常使用阶段的刚度、挠度计算公式,并对推导的公式进行验证,计算结果表明了试验值与计算值基本吻合,证明了理论推导的科学性;4)利用有限元分析软件ANSYS对预应力CFRP布加固R.C梁的全过程进行数值模拟,并将数值模拟值与试验值进行对比分析,结果表明:a)ANSYS有限元分析的承载力结果与试验值的承载力计算结果较为吻合;b)在钢筋屈服后试验值与ANSYS值荷载—挠度曲线吻合程度有所偏差,但仍然符合规律。

全文目录

摘要  8-9
Abstract  9-11
第1章绪论  11-19
  1.1 引言  11
  1.2 混凝土结构加固方法及特点  11-14
  1.3 预应力碳纤维布加固法的提出  14
  1.4 预应力碳纤维布加固技术的国内外研究现状  14-16
    1.4.1 国外的研究现状  14-16
    1.4.2 国内的研究现状  16
  1.5 本文的研究目的及内容  16-17
    1.5.1 本文的研究目的  16-17
    1.5.2 本文的研究内容  17
  1.6 本章小结  17-19
第2章二次受力下预应力CFRP 布加固R.C 梁承载力的计算  19-34
  2.1 引言  19
  2.2 预应力CFRP 加固R.C 梁的破坏模式  19-21
  2.3 预应力CFRP 加固R.C 梁的基本假定  21
  2.4 二次受力下预应力CFRP 加固R.C 梁受力分析与承载力计算  21-31
    2.4.1 预应力张拉时的受力分析  21-23
    2.4.2 去除预应力时的受力分析  23-24
    2.4.3 消压阶段  24-25
    2.4.4 开裂阶段  25-26
    2.4.5 屈服阶段  26-27
    2.4.6 二次受力下预应力CFRP 加固梁极限承载力的计算  27-31
  2.5 试验值与理论值的对比  31-32
  2.6 小结  32-34
第3章各影响因素对二次受力下预应力CFRP 加固R.C 梁承载力的影响分析  34-39
  3.1 引言  34
  3.2 持载水平对承载力的影响分析  34-35
  3.3 混凝土强度等级对承载力的影响分析  35-36
  3.4 配筋率对承载力的影响分析  36
  3.5 加固量对承载力的影响分析  36-37
  3.6 计算结果分析  37-38
  3.7 小结  38-39
第4章预应力CFRP 加固R.C 梁抗弯刚度的计算  39-49
  4.1 引言  39
  4.2 《规范》中关于预应力混凝土受弯构件刚度的计算公式  39-40
  4.3 预应力CFRP 加固R.C 梁抗弯刚度Bs 的推导  40-47
    4.3.1 变形条件  40-41
    4.3.2 裂缝均布区段截面处力的分布  41-42
    4.3.3 本构关系  42-43
    4.3.4 平衡条件  43-44
    4.3.5 刚度公式的推导  44-45
    4.3.6 参数分析  45-47
  4.4 挠度公式验算  47-48
  4.5 小结  48-49
第5章采用ANSYS 软件对预应力CFRP 加固R.C 梁全过程数值模拟  49-63
  5.1 引言  49-50
  5.2 ANSYS 模型的建立  50-57
    5.2.1 单元类型的选取及联结  50-51
    5.2.2 材料属性的设置  51-54
    5.2.3 破坏准则  54-55
    5.2.4 网格划分  55-56
    5.2.5 CFRP 布预应力的施加  56
    5.2.6 初始弯矩的实现  56-57
    5.2.7 非线性求解设置  57
  5.3 ANSYS 数值结果比较  57-62
    5.3.1 极限荷载下混凝土的应力变化云图  57-58
    5.3.2 CFRP 布应力变化云图  58-59
    5.3.3 梁破坏时的裂缝状态  59-60
    5.3.4 分析结果与试验结果对比  60-62
  5.4 小结  62-63
第6章结论与展望  63-65
  6.1 本文的主要结论  63
  6.2 展望  63-65
参考文献  65-68
附录  68-77
攻读硕士学位期间发表的学术论文、参加科研工作  77-78
致谢  78

二次受力下预应力CFRP加固R.C梁的理论研究与非线性有限元分析

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