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预应力FRP筋混凝土框架的抗侧性能有限元分析

作　者: 涂志锋
导　师: 蔡江勇
学　校: 武汉理工大学
专　业: 结构工程
关键词: FRP筋非线性有限元预应力混凝土框
分类号: TU377
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

相对于普通钢筋而言,FRP筋具有高强度、低密度、耐腐蚀,耐疲劳等许多优点,目前已成为国内外土木工程领域研究的热点之一。预应力FRP筋结构可有效控制过大的变形和开裂,使得FRP筋的高强度的得以充分的利用。将“高强、高刚”的预应力FRP筋混凝土结构组合到延性较强的钢筋混凝土结构中去,弥补了普通钢筋混凝土结构在超载条件下抗侧刚度的不足的弱点；反过来,普通钢筋混凝土结构也弥补了预应力FRP筋混凝土结构延性不足的弱点。参照已有的研究成果,预应力FRP筋框架梁在竖向荷载作用下,正常使用极限状态的变形和裂缝控制以及承载力极限状态的预兆要求均能够满足,因此,本文的研究重点是预应力FRP筋框架及混合框架结构的抗侧性能。本文根据相关文献的实验成果,采用有限元计算方法,首先建立普通钢筋混凝土框架和预应力FRP筋混凝土框架的有限元模型,对两者的抗侧性能进行比较,并对预应力FRP筋混凝土框架的抗侧影响因素进行分析；然后进一步建立两跨普通钢筋—预应力FRP筋混凝土混合框架模型,并与两跨普通钢筋混凝土框架和两跨预应力FRP筋混凝土框架的抗侧性能进行分析比较。分析研究得出以下几点结论：1.FRP筋的配筋率和弹性模量对预应力FRP筋混凝土框架抗侧性能影响较大；有效预应力的增加也可以适当提高框架的抗侧性能,但比前两者稍小。2.普通钢筋混凝土框架和预应力FRP筋混凝土框架,在正常使用条件下两者的抗侧刚度均较大。框架屈服后,普通钢筋混凝土框架的延性要优于预应力FRP筋混凝土框架,但极限抗侧能力要低于预应力FRP筋混凝土框架。3.普通钢筋混凝土框架,在屈服前刚度较好,屈服后延性性能好；预应力FRP筋混凝土框架,在屈服前刚度较好,屈服后刚度稍有下降,抗侧极限荷载大于普通钢筋混凝土框架,但后期延性较差；两跨普通钢筋—预应力FRP筋混凝土混合框架,在正常使用条件下刚度较好,后期刚度高于两跨普通钢筋混凝土框架,延性性能要优于两跨预应力FRP筋混凝土框架。研究成果表明,对于延性要求一般的结构,可采用全部由预应力FRP筋框架组成的框架结构,该类型结构具有较高的失效后强度和刚度；对于延性要求较高的结构,可采用预应力FRP筋框架结构与普通钢筋混凝土结构相混合框架结构,该类型结构的失效后强度和刚度略高,并具有较好的延性性能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第一章绪论  10-20
  1.1 引言  10-11
  1.2 FRP筋的发展应用现状  11-15
    1.2.1 FRP材料的构成  11
    1.2.2 FRP的加工工艺  11-13
    1.2.3 FRP筋的力学性能  13-15
  1.3 预应力FRP筋混凝土结构的发展和应用  15-17
    1.3.1 国外  15-16
    1.3.2 国内  16-17
  1.4 本文的研究意义和可行性  17-18
  1.5 本文研究的主要内容  18-20
第二章有限单元理论及模型的建立  20-30
  2.1 有限单元法  20-22
    2.1.1 有限元的概念  20-21
    2.1.2 有限元的求解步骤  21-22
  2.2 ANSYS简介  22-24
    2.2.1 ANSYS的主要分析过程  22-23
    2.2.2 ANSYS非线性分析  23-24
  2.3 有限元模型的建立  24-30
    2.3.1 单元的选取  24-26
    2.3.2 材料属性  26-28
    2.3.3 建模方法及预应力的施加  28
    2.3.4 建模中注意的几个问题  28-30
第三章模型的建立与验证  30-42
  3.1 概述  30
  3.2 GFRP筋梁受弯模型及验证  30-35
    3.2.1 设计参数  30-31
    3.2.2 模型的建立与计算结果  31-33
    3.2.3 计算值与试验值比较  33-35
  3.3 预应力AFRP筋梁受弯模型及验证  35-39
    3.3.1 设计参数  35-36
    3.3.2 模型的建立与计算结果  36-38
    3.3.3 计算值与试验值比较  38-39
  3.4 GFRP筋框架节点模型及验证  39-41
    3.4.1 设计参数  39-40
    3.4.2 模型的计算结果  40-41
  3.5 小结  41-42
第四章预应力FRP筋框架抗侧性能的有限元分析  42-58
  4.1 概述  42
  4.2 框架的设计  42-44
  4.3 模型的建立与分析  44-54
    4.3.1 模型的建立  44-45
    4.3.2 计算结果与分析  45-52
    4.3.3 RC框架与PFRP框架抗侧性能对比  52-54
  4.4 PFRP框架抗侧性能影响因素分析  54-57
    4.4.1 有效预应力的影响  54-55
    4.4.2 配筋率的影响  55-56
    4.4.3 FRP筋弹性模量的影响  56-57
  4.5 小结  57-58
第五章 RC—PFRP筋混凝土混合框架的抗侧性能分析  58-67
  5.1 概述  58
  5.2 RC—PFRP框架的设计  58-59
  5.3 模型的建立与计算分析  59-65
    5.3.1 模型的建立  59-60
    5.3.2 计算结果与分析  60-65
  5.4 对比分析  65-66
  5.5 小结  66-67
第六章结论和展望  67-69
  6.1 结论  67
  6.2 展望  67-69
参考文献  69-72
作者在攻读硕士期间主持和参加的科研项目  72-73
作者在攻读硕士期间发表的学术论文  73-74
致谢  74

预应力FRP筋混凝土框架的抗侧性能有限元分析

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