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碳纤维加固混凝土柱试验研究及数值模拟

作　者: 祖德峰
导　师: 金波
学　校: 中国地震局工程力学研究所
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 碳纤维 加固 振动台试验 数值模拟
分类号: TU375.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 131次
引　用: 2次
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内容摘要


碳纤维加固混凝土技术的研究在我国具有较高的实用价值,能够很好的改善混凝土结构的强度和延性性能。目前国内很多高等院校、科研单位和土木工程协会都进行了大量的研究。2003年,中国碳纤维专业委员会正式出台了《碳纤维片材加固修复混凝土技术规程》,但规程中对于碳纤维加固混凝土柱抗震性能的规定还不够完善。因此,本课题进行了碳纤维加固混凝土柱的振动台试验研究。试验制作了四个单层无梁混凝土框架结构。第一个模型采用横向和纵向碳纤维布包裹模型混凝土柱,用于探讨碳纤维布对柱子抗弯刚度的改善的研究,其试验方法为,首先对未加固的试验模型进行振动台试验,输入不同加速度峰值的单向EL-Centro(N-S)地震波,之后对该模型用碳纤维布进行加固,在与地震波输入方向垂直方向的柱两侧粘贴一层纵向碳纤维布,来提高柱的抗弯刚度;另外在柱的横向包裹了两层横向碳纤维布,用来提高柱的延性,同样输入不同加速度峰值的单向EL-Centro(N-S)地震波,通过位移计和加速度计测量台面及模型顶部位移及加速度。其余三个模型,粘贴不同层数的横向碳纤维布,用于研究加固柱的延性性能。采用经过时程压缩的EI-Centro(N-S)波模拟地震作用,观察模型的破坏状况,通过位移计和加速度计测量台面及模型顶部位移及加速度。最后通过对实验结果的分析,得出模型的刚度与碳纤维层数试验曲线,来研究碳纤维加固混凝土柱的延性和抗弯性能。整个试验完成后,用MATLAB7.0对试验过程中采集的加速度时程曲线和位移时程曲线进行适当的处理,以得到较为真实的试验数据。通过对试验数据的分析,可以得出横向碳纤维布能够很好的提高柱子的延性性能,纵向碳纤维布能够很好的改善柱子抗弯刚度。最后,采用ANSYS10.0大型通用有限元软件试验过程进行数值模拟。本文对粘贴一层纵向和两层横向碳纤维的试验模型的整个过程作了数值计算。通过对有限元模型的建立,计算了试验模型的自振频率,并采用时程反应分析模拟了试验模型的振动过程,其数值模拟结果与试验研究结果在相对位移时程曲线上基本相同。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章 绪论  12-16
  1.1 课题背景  12-13
  1.2 国内外研究现状及发展前景  13-15
  1.3 课题内容和研究方法  15
  1.4 课题意义  15-16
第二章 碳纤维加固理论及试验方案  16-25
  2.1 概述  16
  2.2 CFRP约束混凝土柱的受力性能  16-18
    2.2.1 CFRP环向约束混凝土柱的受力性能  16-18
    2.2.2 CFRP纵向约束混凝土柱的受力性能  18
  2.3 材料实验  18-20
    2.3.1 混凝土试块抗压试验  18-19
    2.3.2 箍筋抗拉试验  19-20
  2.4 试验模型制作  20-21
  2.5 粘贴纵向碳纤维布混凝土柱试验方案  21-23
    2.5.1 未加固模型的振动台实验  21-22
    2.5.2 模型加固后的振动台实验  22-23
  2.6 横向碳纤维布包裹钢筋混凝土柱试验方案  23-24
  2.7 本章小结  24-25
第三章 实验结果处理及破坏形式分析  25-53
  3.1 振动信号的预处理  25-27
    3.1.1 采样数据的标定变换  25
    3.1.2 消除多项式趋势项  25-26
    3.1.3 采样数据的平滑处理  26-27
  3.2 模型的结构动力学分析  27-30
    3.2.1 试验模型的简化  27
    3.2.2 试验模型的阻尼自由振动  27-29
    3.2.3 试验模型的阻尼比分析方法  29-30
  3.3 试验模型的破坏形式及结果分析  30-48
    3.3.1 试验模型的模态分析  30-33
    3.3.2 试验模型的加速度放大系数  33-40
    3.3.3 试验模型的位移  40-46
    3.3.4 未加固模型的破坏形式  46-47
    3.3.5 加固后模型的破坏形式  47-48
    3.3.6 试验结果分析  48
  3.4 粘贴横向碳纤维布混凝土柱的破坏形式及试验结果分析  48-52
    3.4.1 破坏形式  48-49
    3.4.2 粘贴横向碳纤维布混凝土柱试验的试验数据处理  49-51
    3.4.3 结果分析  51-52
  3.5 本章小结  52-53
第四章 数值模拟  53-59
  4.1 加固一层横向和纵向碳纤维布有限元分析  53-58
    4.1.1 基本假定  53
    4.1.2 材料参数及其本构关系  53-54
    4.1.3 ANSYS单元的生死  54
    4.1.4 模型建立  54-55
    4.1.5 结果分析  55-58
  4.2 本章小结  58-59
结论及展望  59-61
附录  61-63
参考文献  63-66
致谢  66

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 混凝土结构、钢筋混凝土结构 > 钢筋混凝土结构 > 柱
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