FRP-钢组合构件受压承载力计算方法研究

发布时间：2017-11-01 14:09

  本文关键词：FRP-钢组合构件受压承载力计算方法研究

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【摘要】：碳纤维增强复合材料(CFRP)是近年来热门研究课题之一,其应用日益广泛。目前,CFRP在加固和修复混凝土结构和砌体结构方面已经有了比较系统的研究,但是在钢结构方面的应用尚显不足。为此,本文对FRP-钢组合构件受压承载力进行了系统的研究。首先,本文对FRP-钢组合构件受压承载力进行了试验研究,试验包括12个粘贴CFRP的方钢管试件和3个未粘贴的对比试件。本次试验重点研究构件截面尺寸、CFRP粘贴方向(横向粘贴和纵向粘贴)及CFRP与钢板的配置强度比(CFRP厚度与其弹性模量的乘积和钢板厚度与其弹性模量的乘积之比)对组合构件受压承载力的影响。研究表明,粘贴CFRP对提高构件受压承载力有明显的效果。随着构件截面宽度的增加,构件承载力的提高程度有所降低；承载力提高的程度与CFRP与钢板的配置强度比成正相关的关系。纵向粘贴CFRP对FRP-钢组合构件的受压承载力提高效果优于横向粘贴CFRP时的效果。其次,本文通过对FRP-钢组合构件受压时受力情况的分析,提出了构件的计算简图,简图将构件分为转角区构件和平面区构件。构件的受压承载力由三部分组成,即平面区构件的抗压承载力、转角区构件的抗压承载力和转角区构件对平面区构件的约束。通过对简化简图的受力分析,得到构件的承载力计算公式,并给出了荷载-位移曲线。通过与试验结果的对比,验证了承载力计算公式在一定范围内的有效性。最后,本文建立了FRP-钢组合构件受压承载力分析的有限元模型,对可能影响有限元数值模拟结果的各种因素进行了讨论,主要包括单元类型、材料属性、接触处理、网格划分、边界条件及加载方式、分析方法等。将有限元数值模拟得到的破坏模式、峰值荷载、荷载-位移曲线分别与试验得到的破坏模式、峰值荷载、荷载-位移曲线进行对比,结果表明本文建立的有限元模型能够准确的模拟FRP-钢组合构件受压时的破坏模式、峰值荷载、荷载-位移曲线,具有良好的可靠性和适用性。最后基于有限元模型对影响CFRP加固效果的参数进行了分析,进一步验证了FRP=钢组合构件的受压承载力,随CFRP与钢板配置强度比的增大而增加；随着构件截面宽度的增加,构件承载力的提高程度有所降低。
【关键词】：FRP-钢组合构件 CFRP 钢管柱 CFRP与钢板配置强度比
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU398.9
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 研究背景10-12
• 1.1.1 钢结构特点10-11
• 1.1.2 钢结构加固11-12
• 1.1.3 纤维增强复合材料(FRP)及其性能12
• 1.2 国内外相关领域的研究现状12-13
• 1.2.1 粘结剂及截面性能的研究12-13
• 1.2.2 受压构件的研究13
• 1.3 本文研究目的和意义13-14
• 1.4 本文研究工作14-15
• 第2章 FRP-钢组合构件受压性能试验15-30
• 2.1 试验概况15-19
• 2.1.1 试件设计15-16
• 2.1.2 材料力学性能16-18
• 2.1.3 CFRP粘贴工艺18
• 2.1.4 试验装置及测试方法18-19
• 2.2 试验结果19-27
• 2.2.1 试验现象19-21
• 2.2.2 峰值荷载21-22
• 2.2.3 荷载-位移曲线22-24
• 2.2.4 平面外位移曲线24-27
• 2.3 试验数据分析与讨论27-29
• 2.3.1 构件截面宽度对受压承载力的影响27-28
• 2.3.2 CFRP与钢板配置强度比对受压承载力的影响28
• 2.3.3 CFRP粘贴方向对受压承载力的影响28-29
• 2.4 小结29-30
• 第3章 FRP-钢组合构件受压全过程计算方法30-42
• 3.1 现行钢结构受压构件计算方法30
• 3.2 FRP-钢组合构件受压荷载-位移曲线30-37
• 3.2.1 计算简图30-32
• 3.2.2 第一阶段荷载-位移曲线32-33
• 3.2.3 第二阶段荷载-位移曲线33-37
• 3.3 荷载-位移曲线37-38
• 3.4 试验和理论对比分析38-40
• 3.5 小结40-42
• 第4章 FRP-钢组合构件受压性能数值模拟42-61
• 4.1 引言42
• 4.2 内聚力单元42-47
• 4.2.1 内聚力单元简介42-44
• 4.2.2 内聚力单元损伤起始准则44-45
• 4.2.3 内聚力单元损伤扩展准则45-47
• 4.3 有限元模型的建立47-50
• 4.3.1 单元类型47-48
• 4.3.2 材料属性48
• 4.3.3 接触处理48-49
• 4.3.4 网格化分49
• 4.3.5 边界条件及加载方式49-50
• 4.3.6 非线性分析方法50
• 4.4 有限元计算结果50-54
• 4.4.1 破坏模式50-51
• 4.4.2 峰值荷载51-52
• 4.4.3 有限元模型的荷载-位移曲线52-54
• 4.5 有限元结果与试验结果比较分析54-58
• 4.5.1 破坏模式对比54
• 4.5.2 峰值荷载对比54-55
• 4.5.3 荷载-位移曲线对比55-58
• 4.6 有限元结果分析与讨论58-60
• 4.6.1 构件截面宽度对受压承载力的影响59
• 4.6.2 CFRP与钢板配置强度比对受压承载力的影响59-60
• 4.7 小结60-61
• 第5章 结语61-63
• 5.1 结论61
• 5.2 需进一步的研究工作61-63
• 参考文献63-65
• 在校发表论文65-66
• 致谢66

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本文编号：1127143