张海军[1]2007年在《CFRP加固高强混凝土柱偏压和抗剪性能的试验及有限元分析》文中研究说明随着我国经济的发展，混凝土建筑向结构更加复杂、强度要求更高的方向发展，从而使高强混凝土在工程中的应用越来越广泛，但高强混凝土随着强度的提高，混凝土的脆性越来越大，变形能力越差，破坏也变的更为突然。而采用FRP加固高强混凝土结构可以有效改善其延性差，变形小的缺点。因此，对FRP加固高强混凝土构件的研究具有重要的工程价值和广泛的应用前景，但目前国内外对FRP加固高强混凝土结构性能的研究并不多。本文针对上述情况，主要进行了以下工作：(1)通过对14根受压柱的破坏试验，对碳纤维布改善高强混凝土偏心受压柱的受力和变形性能进行了研究，研究分析了偏心距、纤维布用量、纤维布粘贴方式、预加载和纤维布条带间距和宽度对加固效果的影响。试验结果表明，用碳纤维布加固后柱的承载力和变形性能都得到了不同程度的提高，纤维布的粘贴方式对加固效果有着显着的影响，纤维布的用量对小偏心受压试件加固效果影响不明显，而大偏心试件则随着纵向纤维布层数的增加，受力和变形性能变化明显。(2)用ANSYS有限元分析软件对各试件的试验过程进行了数值模拟计算，通过软件提供的通用后处理器，给出了试件在某些时刻裂缝的分布图、极限荷载时混凝土和纤维布的应力分布云图、加固前后受压区混凝土的应力—应变曲线以及钢筋应力随荷载的变化曲线。分析这些结果可知，模拟计算结果和试验结果吻合较好，说明文中所用的有限元模型和分析方法是合理可行的。ANSYS有限元软件的分析结果可以为实际加固工程提供理论参考。(3)对碳纤维布改善高强混凝土柱的抗剪性能进行了试验研究和有限元分析，考虑了轴压比、纤维布粘贴方式、纤维布用量对加固效果的影响。试验和有限元分析结果都表明，加固后柱所能承受的水平荷载和变形能力都有了显着提高。
张芳芳[2]2008年在《普通和预应力FRP加固梁的数值模拟与理论分析》文中研究表明纤维增强复合材料(FRP)作为一种新材料在混凝土结构加固领域中得到了广泛应用,尤其在普通FRP布加固混凝土受弯构件方面,国内外为此做了大量的试验和理论研究,而数值模拟方面还在进一步探索中,目前国内关于预应力FRP布加固的研究才刚刚开始,并且大多是试验研究,理论分析和数值模拟方面还不成熟。本文以国内近期所做的四个试验为基础,进行了非预应力和预应力FRP布加固钢筋混凝土梁的数值模拟与理论分析,主要的研究内容和结论如下:1.基于平截面假定、无粘结滑移假定和无粘结剥离破坏假定对CFRP布与GFRP布加固钢筋混凝土梁利用ANSYS进行了数值模拟。数值分析表明,对于非预应力FRP布加固梁来说,粘贴FRP布后,加固梁的屈服荷载和极限荷载均有所提高,其中极限荷载的提高更为显着;在其他加固条件相同时,随着贴布层数的增加,加固构件承载力明显增加,但并不是线性关系;经纤维布加固的梁纯弯段内弯曲裂缝数量多,且间距小于未加固梁;加固梁的挠度均小于未加固梁的挠度。2.通过升温法对碳纤维布施加预应力以及利用单元生死对梁的卸载加固或不卸载加固后的受弯性能进行了数值模拟。数值分析表明,对于预应力CFRP布加固梁来说,可以有效地发挥CFRP的高强特性,大幅度提高梁的承载力,有效抑制裂缝和变形的发展,改善构件在使用阶段的受力性能,初始弯矩的存在使构件的受弯性能有所降低,并且随着初始应力水平的增加,降低作用更加明显。3.通过对比试验结果和有限元分析结果进行了误差分析,四个算例的ANSYS计算值与试验值都吻合较好,说明本文建立的非线性有限元模型可以较好地模拟非预应力和预应力FRP布加固钢筋混凝土梁的受弯性能,该计算方法可供实际加固工程设计参考。4.根据混凝土基本理论,分别考虑了碳纤维布分担弯矩折减系数和二次受力影响的极限承载力折减系数,提出了非预应力和预应力碳纤维布加固钢筋混凝土梁的正截面承载力理论计算公式,算例的理论计算值与试验值和ANSYS计算值可以较好地吻合,故该理论公式可供实际工程设计参考。
杨斌[3]2008年在《芳纶纤维加固钢筋混凝土梁受弯性能研究》文中研究指明芳纶纤维增强塑料(Aramd Fiber reinforced plastic,简称AFRP)加固修复混凝土结构是自80年代末90年代初在发达国家兴起的一项新技术,由于它良好的抗腐蚀性、较高的抗拉强度、良好的无磁性和抗疲劳性能以及绝缘性,最近几年在我国的一些混凝土结构中得到了应用。本文以叁组共21根梁的芳纶纤维布受弯加固梁试验为基础,对芳纶纤维布加固钢筋混凝土梁进行了理论研究。根据基于平截面假定的混凝土梁受弯基本理论,提出了芳纶纤维布加固混凝土梁正截面承载力的计算公式、短期刚度的计算公式和受弯延性简化计算公式。而且计算结果与试验结果吻合较好,可供工程应用参考。最后,本文还通过ANSYS有限元分析软件,对芳纶纤维加固钢筋混凝土梁进行模拟,分析与拟合不同学者的试验数据,以达到对芳纶纤维加固钢筋混凝土梁的性能进行进一步分析并验证公式正确性的目的。并通过调整各参数研究各变量之间的关系,分析了纤维布加固量、配筋率、预加载程度、混凝土强度4个变化参数对加固效果的影响。结果表明:粘贴芳纶纤维布加固后,梁的极限承载力明显提高;加固梁的承载力随纤维布层数的增加而增加,但承载力提高程度不与加固层数呈线性关系;粘贴相同层数的芳纶纤维布时,被加固构件的配筋率越低,使用芳纶纤维布加固的效果越明显;滞后应变的大小是决定二次受力结构加固效果的关键因素,纤维布的滞后应变越大,对承载力的提高越小,预加载程度越大,滞后应变越大;为减小滞后应变,加固前应该尽可能对结构进行卸载,大致卸载至原结构极限承载力的40%左右就能获得良好的效果。
李素兰[4]2008年在《预应力CFRP加固桥梁抗弯性能的理论分析与数值模拟》文中提出随着交通荷载等级的不断提高,交通量的不断增加,桥梁服役年限的不断延长,许多桥梁已渐渐不能适应现代交通的要求。因此,对桥梁结构进行维修、加固和补强的研究及应用,改善桥梁的使用性能和延长桥梁的使用寿命,已引起了世界性的关注,这是一项具有重要的理论和现实意义的研究课题。本文首先介绍了桥梁加固维修的基本原则和主要方法,着重分析研究了碳纤维材料的性能。碳纤维增强塑料(CFRP)作为一种新材料在加固领域中备受重视,与传统加固方法相比,碳纤维具有高强、轻质和耐腐蚀等优点,并且施工快捷,不影响结构的外观和功能,具有广泛的应用前景。但是普通的粘贴加固方法无法发挥CFRP的高强特性,而预应力碳纤维布加固则可以有效地发挥CFRP的高强特性,抑制裂缝和变形的发展,改善使用阶段的受力性能。在参考目前预应力碳纤维布加固梁试验研究成果的基础上,对加固梁进行理论分析和数值模拟。首先基于平截面假定、无粘结滑移、无粘结剥离破坏假定,提出了预应力碳纤维加固混凝土梁全过程抗弯承载力计算公式。然后在以上叁个假定的基础上,选择合理的混凝土、钢筋、碳纤维本构关系,利用ANSYS通用有限元分析程序对预应力碳纤维布加固梁进行非线性有限元分析,得到荷载—挠度关系曲线。最后由荷载—挠度关系曲线分析了预应力碳纤维加固混凝土梁的破坏过程,推导出相应挠度计算公式。在数值模拟和理论计算中均考虑了二次受力情况。对参考文献梁进行理论计算和数值模拟,其结果与试验相吻合,表明本文计算公式和数值分析方法的正确性,可以作为模拟试验的有益补充,为实际工程加固设计提供依据。
涂智溢[5]2005年在《低温条件下碳纤维布加固钢筋混凝土梁的试验研究》文中进行了进一步梳理根据碳纤维加固钢筋混凝土结构的受力特征,对碳纤维加固混凝土矩形梁的抗弯极限承载力、刚度和挠度进行了计算,得出不考虑二次受力和考虑二次受力的结构极限承载力的计算公式,以及加固后梁的刚度和挠度计算公式,并对加固后梁的延性进行分析,得出梁的截面曲率延性系数计算式;其次,从实际工程出发,采用相似模型对低温下碳纤维布(CFRP)加固钢筋混凝土矩形梁的正截面抗弯性能进行了试验研究。试验共设计了8根梁,其中1根为未粘贴碳纤维布的对比梁,3根常温下碳纤维布加固梁,4根低温下碳纤维布加固梁,分别对比研究了常温与低温下碳纤维布加固钢筋混凝土梁的抗弯加固效果,受力全过程,破坏形式,梁的裂缝特征,碳纤维粘贴量及温度对梁加固效果的影响,验证了平截面基本假定;结果表明,在低温下加固的构件比常温下加固的构件的承载力较低,裂缝开裂宽度较大,同时局部区域材料的应变变化较大;构件承载力随着碳纤维用量的增加而提高。最后,采用ANSYS有限元程序对碳纤维布加固钢筋混凝土受弯梁进行了有限元非线性分析,计算分析结果与试验结果基本吻合。本文为进一步研究低温下碳纤维加固混凝土结构奠定基础,为低温下碳纤维加固工程的实际运用提供依据。
李赵怡[6]2009年在《CFRP持载加固混凝土柱的有限元分析》文中提出纤维材料加固技术作为一种新兴的科技含量较高的建筑物加固技术,近年来在工程中的应用越来越广泛。特别是通过这次汶川地震表明,利用FRP补强加固基于抗震的框架结构将成为近期工程加固领域研究的热点。近年来国内外学者对FRP补强加固技术也进行了大量深入的试验研究,由于受到各方面因素的限制,基于试验的研究手段普遍未考虑加固结构二次受力的应变滞后问题,而在实际加固工程中,往往又无法做到完全卸载。因此,对FRP持载加固混凝土结构的研究具有重要的工程价值和广泛的应用前景。但由于影响混凝土构件力学性能的因素较多,加之混凝土性能的离散性以及非线性,对诸多影响因素进行大量的试验研究是不现实也不经济的。而采用计算机模拟分析解决这一问题是相对简便和有效的方法。随着有限元技术特别是钢筋混凝土有限元技术的发展,采用有限元的方法对钢筋混凝土结构的受力全过程进行分析成为现实。因此,本文针对上述情况,采用大型商业有限元分析软件ANSYS中的生死单元技术对碳纤维布持载加固混凝土柱的二次受力问题进行了初步分析,主要做了以下的工作:(1)用ANSYS有限元分析软件对碳纤维布持载加固高强混凝土方柱轴压下的试验过程进行了数值模拟分析。得到了试件的极限承载力,方柱纤维的应变分布情况、应力-应变曲线以及极限荷载时纤维布应变随截面高度变化曲线等。并把模拟结果和试验结果进行了对比分析,二者吻合较好。(2)用ANSYS有限元分析软件对碳纤维布持载加固偏心受压试件的受载全过程进行了数值模拟分析,得到了试件持载加固前后的极限承载力、某些时刻的裂缝分布图、极限荷载时混凝土和纤维布的应力分布云图、持载加固前后受压区混凝土的荷载—应变曲线,受拉、受压区钢筋应变随荷载的变化曲线以及荷载挠度曲线等。分析这些结果可知,模拟计算结果和试验结果吻合较好,说明文中所用的有限元模型和分析方法是合理可行的,可以为实际加固工程提供理论参考。
纪涛[7]2010年在《碳纤维加固钢筋混凝土梁受力性能有限元分析》文中提出碳纤维加固技术作为近几年来新兴的加固技术,在加固行业的应用已越来越广泛,与传统的加固技术相比,碳纤维加固技术具有施工简便、抗腐蚀、自重轻、强度高等多种优点,国内外也对此项加固技术在试验和理论方面做了深入的研究,积累了大量的试验数据和理论成果,为我们后续的研究提供了重要的依据。本文主要是以前人所做的试验为依据,运用ANSYS有限元软件对不同形式的加固梁进行数值模拟,通过与试验结果的对比,不断完善有限元模型,并利用合理的有限元模型研究加固梁的受力性能,本文研究的主要内容包括以下几个方面:(1)通过对大量文献的查阅,选取了合适的试验模型,对试验数据进行了整理,并参照试验数据绘制了不同形式加固梁的荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线,并对试验的过程、试验的结果进行了分析总结,为ANSYS有限元分析提供了主要的参考依据。(2)对碳纤维加固混凝土梁有限元模型的建立进行详细的研究,特别是对模型单元的选取、材料参数的合理选用、材料本构关系的选用及收敛准则的设定等方面进行了相应的分析,保证了有限元模型的合理性。(3)根据试验参数,运用ANSYS有限元软件对不同加固形式混凝土梁的受弯性能进行了非线性全过程模拟,并对模型的挠度、应力、应变等进行了研究,绘制出不同形式加固梁的荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线,与试验所得到的各类曲线进行了对比,得出了在运用ANSYS计算梁的极限承载力时,计算值要低于试验值。另外,通过对不同加固层数的混凝土梁极限承载力进行比较可知,随着碳纤维层数的增多,试验梁的极限承载力提高显着。(4)从有限元分析的荷载-挠度曲线可知,在相同的荷载条件下,随着碳纤维加固层数的增加,跨中挠度是减小的,这就说明碳纤维布的存在可以提高混凝土梁的抗弯刚度。另外,有限元计算值与试验值相比,有限元计算所得到的梁的抗弯刚度偏大。(5)通过对碳纤维和钢筋的荷载-应变曲线进行研究可以得出,随着碳纤维加固层数的增多,在相同荷载作用下,两者的应变都是减小的,另外,有限元计算值与试验所得到的荷载-应变曲线相比,有限元计算的钢筋和碳纤维在相同荷载作用下的应变值要大于试验所测得的值。(6)通过有限元软件对不同加固形式的试验梁的裂缝形态进行研究,可以得出,碳纤维的存在可以延缓裂缝产生,并可以改变裂缝的发展形态。(7)碳纤维布的用量对梁的极限承载力影响较大,梁的极限承载力在一定程度上是随着碳纤维布加固量的增加而增大的,但这种加固效果是在混凝土不被压碎或碳纤维与混凝土之间不会出现剥离破坏的前提下成立,另外,碳纤维的加固效率是随着加固层数的增加而降低的。(8)高配筋率和高混凝土的强度等级都能显着提高混凝土梁的极限承载力,但高配筋率提高混凝土梁承载力成立的前提是压区混凝土不被压碎,而高强度混凝土对混凝土梁极限承载力的提高只能是在碳纤维未被拉断或未发生剥离破坏的前提下成立。
梁丰[8]2016年在《二次受力下预应力碳纤维布加固混凝土偏压柱理论研究与有限元模拟》文中研究表明碳纤维材料加固技术是一种新兴的加固技术,其优越的性能受到越来越多的关注。碳纤维布的特点包括可变形能力强、抗拉强度高、自重轻、抗腐蚀、耐久性好、耐疲劳、耐高温、热膨胀系数小等。从上世纪八十年代以来的碳纤维加固研究中,多集中在轴压圆形柱,而实际工程中的混凝土柱多是矩形且承受偏心荷载,同时普通碳纤维布加固时碳纤维布提供的是被动约束,无法充分发挥其高强度的特点,因此近年来一些专家学者提出预应力碳纤维布的加固方法,提高材料使用效率。本文结合工程实际,同时考虑了混凝土柱的二次受力问题。综合以上问题,本文研究的主要内容如下:(1)在已有碳纤维布普通加固混凝土圆形柱的基础上,通过截面形状系数、拐角削弱系数、共同工作系数等进行折减,推导出预应力碳纤维布加固矩形混凝土偏压柱的环向约束应力计算公式。(2)在已有计算模型基础上,通过引入折减系数推导出二次受力下预应力碳纤维布加固矩形混凝土偏压柱的极限压应变、极限压应力和应力-应变模型表达式。(3)结合本文研究的预应力碳纤维布和偏心受压柱的特点,推导出加固后混凝土偏压柱的正截面承载力计算公式。(4)在前述理论推导的基础上,对比分析混凝土强度等级、长细比、初始偏心距等对一次受力、二次受力下预应力碳纤维布加固矩形混凝土偏压柱力学性能的影响。结果表明,二次受力下偏压柱的各力学性能均略小于一次受力,环向加固对小偏心受压柱承载力的提高效果更加显着。(5)利用有线元分析软件ABAQUS对一次受力、二次受力下预应力碳纤维布加固矩形混凝土偏压柱的受力全过程进行模拟。结果表明,预应力加固方式比普通加固时进一步提高了偏压柱抗压强度和承载能力,且预应力最大加载到20%较为适宜,两层碳纤维布加固比一层加固大幅提高了偏压柱的力学性能,但叁层加固提高效果显着下降,说明一般加固中两层加固即可达到理想效果。
王小荣[9]2003年在《碳纤维布加固钢筋混凝土梁的数值分析》文中认为碳纤维布（CFRP）加固修补混凝土结构技术是一项新兴的结构加固技术，它是利用树脂类胶结材料将碳纤维材料粘贴于混凝土表面，从而达到对结构构件补强加固及改善结构受力性能的目的。由于碳纤维材料的轻质、耐腐、高强及施工便利，在加固领域得到了大量应用。大型通用软件ANSYS在土木工程上的运用是非常优秀的，具有强大的线性和非线性处理能力；并且提供给用户许多友好的二次开发接口环境，如APDL(ANSYS Parameter Design Language)、UIDL(User Interface Design)、UPFs( User Routines and Non-Standard Uses)等。本文首先分析了目前碳纤维布加固钢筋混凝土结构技术研究状况，在此基础上提出了用ANSYS 软件对碳纤维布加固钢筋混凝土梁的机理进行数值分析，并利用ANSYS的二次开发接口加入了用户单元。对ANSYS在土木工程上的应用进行了研究，包括混凝土、钢筋和碳纤维布单元的选取及参数的设置；钢筋混凝土有限元分析模型的类型；非线性分析选项的应用；非线性收敛的处理；平截面假定、耦合和单元生死的应用等。由于在碳纤维布加固钢筋混凝土结构的施工过程中是先卸去部分荷载，再粘贴碳纤维布，这就存在二次受力。本文利用ANSYS具有的单元生死功能对此问题进行了成功模拟。根据许多的实验来看，粘结层对碳纤维布加固钢筋混凝土结构的效果有很大影响，所以在数值分析中考虑粘结层就具有很现实的意义。根据粘结层的性质，提出了用Goodman单元（节理元）来模拟粘结层，并编制了相应的单元程序。实例中主要分析了：①钢筋混凝土梁的弯曲数值分析 ②碳纤维布加固钢筋混凝土梁数值分析 ③碳纤维布加固钢筋混凝土框架结构的数值分析 ④考虑二次受力的数值分析 ⑤考虑粘结层粘结力的数值分析。最后对碳纤维布粘结层数优化和加固柱的包裹位置优化进行了一定的探讨。
赵红霞[10]2008年在《玻璃纤维复合材料（GFRP）加固钢筋混凝土受压柱的非线性有限元分析》文中指出新型纤维复合材料(FRP)加固修复混凝土结构技术在国外已广泛使用。而国内,由于对这种材料认识的不足,目前,还较多的处在试验研究和理论研究阶段,在实际工程中应用还比较少。二次受力问题在混凝土结构加固改造工程中不可避免,现有大量关于应用FRP加固钢筋混凝土柱后,提高混凝土抗压强度和延性的研究,但多以无初始荷载,即一次受力为前提,不符合加固改造工程实际工况。本文以工程实际为切入点,进行了考虑二次受力新型玻璃纤维复合材料(GFRP)加固钢筋混凝土受压柱的非线性有限元分析。本文对加固材料玻璃纤维布(GFRP)的一些力学性能做了详细的介绍,说明了用它作为加固材料所具有的优点,也介绍了钢筋混凝土的非线性有限元的基本理论,包括本构关系,破坏准则以及非线性有限元模型。应用ANSYS软件建立了玻璃纤维布加固钢筋混凝土柱的叁维有限元计算模型,对加固柱进行了模拟分析,并与已有试验结果进行比较,对其各项力学性能进行了定量分析,验证了有限元分析方法的可靠性。在此基础上,利用生死单元对二次受力情况下,玻璃纤维布加固钢筋混凝土实体柱进行了模拟分析,通过模拟分析,研究了有关参数对受力性能的影响。这对于减少试验工作量,获取更多可靠数据,推进新型材料在工程实际中的应用都具有重要意义。
参考文献：
[1]. CFRP加固高强混凝土柱偏压和抗剪性能的试验及有限元分析[D]. 张海军. 大连理工大学. 2007
[2]. 普通和预应力FRP加固梁的数值模拟与理论分析[D]. 张芳芳. 大连理工大学. 2008
[3]. 芳纶纤维加固钢筋混凝土梁受弯性能研究[D]. 杨斌. 同济大学. 2008
[4]. 预应力CFRP加固桥梁抗弯性能的理论分析与数值模拟[D]. 李素兰. 武汉理工大学. 2008
[5]. 低温条件下碳纤维布加固钢筋混凝土梁的试验研究[D]. 涂智溢. 安徽理工大学. 2005
[6]. CFRP持载加固混凝土柱的有限元分析[D]. 李赵怡. 大连理工大学. 2009
[7]. 碳纤维加固钢筋混凝土梁受力性能有限元分析[D]. 纪涛. 济南大学. 2010
[8]. 二次受力下预应力碳纤维布加固混凝土偏压柱理论研究与有限元模拟[D]. 梁丰. 青岛理工大学. 2016
[9]. 碳纤维布加固钢筋混凝土梁的数值分析[D]. 王小荣. 重庆大学. 2003
[10]. 玻璃纤维复合材料（GFRP）加固钢筋混凝土受压柱的非线性有限元分析[D]. 赵红霞. 昆明理工大学. 2008
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