湿热环境与荷载作用下粘贴加固钢筋砼梁长期性能仿真分析

发布时间：2017-10-23 20:07

  本文关键词：湿热环境与荷载作用下粘贴加固钢筋砼梁长期性能仿真分析

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【摘要】：对现有及损伤结构的加固补强已经成为当前工程结构中所面临的关键问题之一。粘贴加固法由于具有较大的优势,因而在目前工程结构加固领域得到了极为广泛的应用。然而对于加固材料补强混凝土结构的长期性能研究还不够全面,目前,大多数研究均是通过实验室内的模拟环境实验和实际户外环境中的暴露实验来了解粘贴加固钢筋混凝土梁的长期性能,而对环境与荷载共同作用下粘贴加固钢筋砼梁长期性能的有限元模拟研究则相对少见。为此,本文结合交通运输部建设科技项目“荷载与湿热环境耦合作用下粘贴加固梁桥耐久性关键技术研究”(2015318814190),并以粘贴CFRP加固的钢筋砼梁为例,从有限元数值分析的角度对荷载与湿热环境耦合作用下粘贴加固钢筋砼梁结构整体的长期性能问题进行了初步探索。本文主要研究内容如下:本文基于对湿热环境与荷载耦合作用下粘贴CFRP加固钢筋砼梁长期性能仿真分析研究的考虑,选用了总体求解精度评估结果较好的GL2000混凝土徐变数学预测模型应用于有限元分析中混凝土相关长期性能的模拟;同时选用双折线粘结滑移模型模拟有限元模型中CFRP与混凝土在长期性能下的粘结滑移关系;并结合相关试验研究,将湿热环境与荷载耦合作用下CFRP片材等的耐久性应用于ANSYS有限元仿真分析之中。应用数值方法分别对在湿热环境(50℃/95%RH)中,湿热15天持荷0%、湿热30天持荷0%、湿热90天持荷0%、湿热180天持荷0%和湿热15天持荷30%、湿热30天持荷30%、湿热90天持荷30%、湿热180天持荷30%八种工况的粘贴CFRP加固钢筋砼梁应的长期性能进行了一系列的仿真分析,结果表明:湿热环境对CFRP加固梁的后期刚度没有太大影响;在单湿热环境下,随着湿热天数的增加,梁的跨中挠度表现出降低的趋势。CFRP最大测量应变反映了梁的加固效果,在单湿热环境下,CHT30d-0%、CHT90d-0%、CHT180d-0%与CHT15d-0%的CFRP最大测量应变相比都表现出了-3.61%、-2.35%、-5.01%的降低趋势。而在湿热环境和荷载双因素影响下,CHT15d-30%、CHT30d-30%、CHT90d-30%、CHT180d-30%与单湿热环境作用下CHT15d-0%的CFRP最大测量应变相比都表现出了-2.60%、-3.68%、-3.74%、-7.10%的降低趋势。说明单湿热环境下CFRP加固效果呈降低趋势,而湿热环境与荷载双因素影响下,CFRP加固效果的降低程度比单湿热环境下降低程度更大;同时,在相同荷载等级下,不同湿热天数以及持荷水平下粘贴CFRP加固钢筋砼梁胶层的粘结力沿长度的分布不同,湿热天数越长,试验梁中胶层高剪应力区的范围越大,同时跨中附近最大的峰值粘结力随着湿热天数的增加表现出一定程度的降低;观察CFRP片材端部的滑移情况发现,在荷载等级不大的情况下,各试验梁的荷载—端部滑移关系基本相同,并且曲线的斜率随着荷载的增大是逐渐增大的;在湿热环境作用下,CHT15d-0%和CHT15d-30%的软化阶段曲线的斜率表现出最小,曲线的长度也较短,而在湿热环境和荷载双因素影响下,CFRP加固梁的软化阶段比单湿热环境下的软化阶段更长,阶段结束的时间更晚。最后,对粘贴CFRP加固钢筋砼梁开展了湿热环境(60℃/95%RH)中15天持荷0%、60%两种工况的三点弯曲试验,设置了在室温下未加固钢筋砼梁的三点弯曲试验作对比分析,得到了加固梁的跨中荷载—挠度曲线、屈服荷载、损伤过程与破坏形态,并根据损伤过程与破坏形态对其失效机理进行了探讨。同时将试验得到的跨中荷载—挠度曲线与相同环境条件下有限元仿真结果进行对比,验证了有限元仿真分析的准确性。
【关键词】：碳纤维布加固钢筋砼梁 湿热环境与荷载耦合作用 长期性能 有限元分析
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU375.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-20
• 1.1 结构加固需求和意义12-13
• 1.2 CFRP加固钢筋混凝土结构的主要技术特点13-14
• 1.3 FRP加固梁的耐久性研究现状14-18
• 1.3.1 国外对FRP加固梁的耐久性研究14-17
• 1.3.2 国内对FRP加固梁的耐久性研究17-18
• 1.4 本文主要研究工作18-20
• 第二章 CFRP加固钢筋砼梁长期性能理论研究20-30
• 2.1 CFRP粘贴加固钢筋砼梁长期性能的影响因素20-28
• 2.1.1 混凝土徐变性能20-22
• 2.1.2 CFRP耐久性能22-24
• 2.1.3 CFRP/混凝土粘结界面耐久性能24-27
• 2.1.4 CFRP搭接耐久性能27-28
• 2.2 CFRP加固钢筋砼梁力学性能计算方法28-30
• 2.2.1 CFRP加固钢筋砼梁受弯分析的基本假定28
• 2.2.2 CFRP加固材料的限制使用量28-30
• 第三章 CFRP加固钢筋砼梁有限元分析方法30-43
• 3.1 混凝土结构有限元分析研究现状30-31
• 3.2 结构分析的非线性问题31-32
• 3.3 粘贴加固钢筋砼梁的本构关系32-36
• 3.3.1 概述32
• 3.3.2 混凝土本构关系及破坏准则32-35
• 3.3.3 钢筋本构关系35
• 3.3.4 CFRP本构关系35-36
• 3.4 模型采用的ANSYS单元类型36-40
• 3.4.1 SOLID65单元37-38
• 3.4.2 PIPE20单元38
• 3.4.3 SHELL181单元38-39
• 3.4.4 SOLID45单元39-40
• 3.5 本文ANSYS模型中的非线性分析、收敛分析40-43
• 3.5.1 粘贴加固材料与混凝土之间粘结滑移关系的有限元模拟40
• 3.5.2 粘贴加固钢筋砼梁与支座垫块之间的接触分析40
• 3.5.3 收敛分析40-43
• 第四章 湿热环境与荷载作用下CFRP加固钢筋砼梁长期性能有限元分析43-72
• 4.1 湿热环境与荷载作用下CFRP加固钢筋砼梁43-44
• 4.2 ANSYS模型中主要材料参数44-48
• 4.2.1 混凝土相关材料参数44-45
• 4.2.2 钢筋相关材料参数45-46
• 4.2.3 CFRP相关材料参数46-47
• 4.2.4 胶层相关材料参数47-48
• 4.3 ANSYS分析过程48-50
• 4.3.1 简化和基本假定48
• 4.3.2 前处理48-49
• 4.3.3 求解49-50
• 4.3.4 后处理50
• 4.4 模型合理性验证50-58
• 4.4.1 理论计算结果50-52
• 4.4.2 未加固梁有限元模型合理性验算52-54
• 4.4.3 加固梁有限元模型合理性验算54-58
• 4.4.4 合理性验算结果58
• 4.5 湿热环境与荷载作用下粘贴CFRP加固砼梁有限元结果分析58-70
• 4.5.1 挠度分析59-62
• 4.5.2 CFRP/受拉钢筋应变62-64
• 4.5.3 胶层粘结力沿长度的分布64-67
• 4.5.4 CFRP应变沿长度的分布67-68
• 4.5.5 荷载—端部滑移曲线68-70
• 4.6 本章小节70-72
• 第五章 湿热环境与荷载作用下CFRP加固钢筋砼梁三点弯曲试验72-84
• 5.1 引言72
• 5.2 试验设计72-73
• 5.2.1 试验目的72
• 5.2.2 试验梁设计及分组72-73
• 5.3 CFRP加固梁的三点弯曲试验73-79
• 5.3.1 试验材料73-75
• 5.3.2 试件制作75-76
• 5.3.3 湿热环境腐蚀76
• 5.3.4 挠度测点布置及数据采集76-77
• 5.3.5 加载设备及加载方案77-79
• 5.4 试验结果分析79-83
• 5.4.1 破坏过程与破坏形态79
• 5.4.2 荷载—挠度曲线79-82
• 5.4.3 机理分析82-83
• 5.5 本章小节83-84
• 第六章 结论与展望84-87
• 6.1 主要结论84-85
• 6.2 进一步研究工作的展望85-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-91
• 在学期间发表的论文及科研成果91

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本文编号：1085125