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《武汉理工大学》 2003年
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碳纤维布加固钢筋混凝土结构非线性有限元分析

周波  
【摘要】: 碳纤维聚合物(CFRP)补强加固混凝土结构技术作为一种新兴的、技术含量高的建筑物补强加固方法,具有很高的研究、推广价值,能够带来巨大的社会经济效益。近十几年来,人们对用碳纤维布取代粘钢进行混凝土结构加固进行了大量研究,其加固理论和技术得到迅速发展,材料价格的下降使得CFRP材料可以广泛应用于民用建筑。而有限元计算理论的发展成熟,为结构补强加固提供了方便的计算工具,它能够较好模拟结构受力发展的全过程,从而减少试验所需的大量人力、物力,为结构加固设计和施工提供理论保证。 本文对CFRP补强加固混凝土结构的受力特性和破坏机理进行了深入分析,并对CFRP材料的材料性能、CFRP约束混凝土的受力特性、CFRP加固混凝土梁的正截面受弯、斜截面受剪及改善钢筋混凝土框架柱的抗震性能等各方面进行了研究。同时用有限元程序对CFRP加固混凝土构件和框架结构进行了受力分析。 对静力作用下简支梁进行非线性有限元分析时,分别对未加固梁、用CFRP进行抗弯加固梁和抗剪加固梁三种情况进行结构计算,分析研究了用CFRP进行钢筋混凝土结构加固的机理,介绍了钢筋混凝土结构有限元分析的理论、求解非线性方程的方法和进行混凝土结构有限元分析的具体步骤。对于不同受力状况下的结构,合理选用不同的单元模式及材料本构关系,定义适当的单元破坏准则及单元屈服、开裂或破坏后的处理方法。最后将有限元计算得到的混凝土应变、钢筋应变、CFRP的应变以及梁的跨中挠度和破坏荷载与试验结果进行比较,找出偏差原因并提出设计建议;将梁加固前后的受力性能进行比较,研究CFRP加固钢筋混凝土梁的机理。 对动力作用下CFRP加固框架结构进行有限元分析时,先研究CFRP增强钢筋混凝土柱抗震能力的机理,然后采用模态迭加法对整体框架进行计算,该方法先对框架进行模态分析,提取框架水平方向的自振频率和振型,再在水平地震作用下用模态迭加法对框架结构进行瞬态分析,得到框架结构顶层的时程位移曲线和各楼层的最大层间位移转角等动力响应,比较了加固前后框架柱混凝土在地震作用下不同的应力状态,分析引起这种应力状态变化的原因,结果表明CFRP加固框架结构能够提高混凝土的强度,延缓混凝土的开裂,增加框架柱的延性,改善框架结构的抗震性能。
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