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CFRP加固工字钢梁非线性有限元数值模拟分析

王伟佳  
【摘要】: 纤维复合材料(FRP)加固补强钢结构技术作为一种新兴的、技术含量高的建筑物加固补强方法,具有很高的研究、推广价值,能够带来巨大的社会经济效益。它是利用树脂类胶结材料将碳纤维材料粘贴于钢材表面,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。碳纤维材料以其轻质、耐腐、高强及施工便利的优点,在结构加固领域得到了广泛应用。同时有限元计算理论的发展成熟,为结构加固补强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。 在总结国内外关于FRP加固修复钢结构理论分析和试验研究的基础上,本文对FRP加固修复钢结构的特殊性及关键问题进行了系统的论述,包括FRP与钢梁之间的粘结机理、对加固材料的要求、FRP与钢梁之间的荷载传递及构造措施等。然后从钢材弹塑性本构关系入手,就钢结构在非线性分析中出现的各种单元以及模拟碳纤维布的各种单元作了具体的分析讨论。 本文通过ANSYS有限元的方法对碳纤维加固钢结构进行了验证,提出了“三维实体-桁架-壳元”有限元模型,分别对粘贴不同种类碳纤维加固工字钢梁的受力性能进行了分析,得出了它们的荷载一挠度曲线、极限承载力和变形,并把数值分析结果和实验结果作了对比,找出偏差原因。结果表明本文所介绍的建模方法是切实可行的、所得到的结果是可靠的。 最后利用“三维实体-桁架-壳元”有限元模型对受弯完好钢梁和损伤钢梁粘贴CFRP加固前后的性能进行了分析,对加固效果的影响因素进行了讨论。


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