FRP-混凝土组合梁受弯性能理论分析及其数值模拟研究
本文关键词: FRP-混凝土组合梁 受弯性能 破坏模式 有限元 ABAQUS 出处:《湖南大学》2014年硕士论文 论文类型:学位论文
【摘要】:FRP(纤维增强复合材料)由于具有抗拉强度高,较好的抗腐蚀能力等优点,近年来受到了工程界的关注,尤其是在结构加固领域。但是对于新建的FRP构件,相关的研究比较少。本文研究了一种新型FRP-混凝土组合梁,并对该梁进行了受弯性能的理论分析和有限元模拟。主要的研究工作如下:(1)在大量查阅国内外文献的基础上,对FRP-混凝土组合梁的研究现状进行了较为全面的阐述和分析。从细观力学开始,分析了FRP各组成成分的受力特点,再从宏观力学的角度,分析了FRP这种正交各向异性材料的弹性常数。在单层材料的基础上,进一步探讨了由单层材料组成的多层材料的整体受力特性。(2)根据组合梁的截面受力特点,分析了组合梁可能出现的破坏模式,然后进行了相关理论分析,对于配置钢筋的FRP-混凝土组合梁,破坏模式有三种,对于不配置钢筋的FRP-混凝土组合梁,破坏模式有两种。在分析各种破坏模式的计算模型基础上,推导了以上几种情况下的FRP-混凝土组合梁极限承载力的理论计算公式。(3)对GFRP布加固钢筋混凝土梁的受弯试验研究进行了有限元分析,有限元结果与试验值吻合得比较好,说明本文中建立有限元模型的方法比较合理、可靠。设计了16种承受四点弯曲荷载的FRP-混凝土组合梁,以FRP-混凝土组合梁为例分析了ABAQUS建模的具体步骤以及FRP材料在ABAQUS中的具体实现;对有限元分析结果进行分析,给出了FRP,混凝土组合梁的两类破坏模式以及各型号梁的抗弯承载力及跨中位移,分析了弯曲和剪切破坏的特点,比较了两种典型破坏模式的混凝土与FRP的应力和应变等。分析了FRP-混凝土组合梁受弯性能的影响因素,包括:FRP层数、配筋率、混凝土强度、FRP铺层角度。将有限元分析的结果和按第3章推导公式计算的结果进行了比较,结果表明,对于极限承载力,有限元分析结果和推导公式计算结果符合较好。
[Abstract]:FRP (Fiber reinforced Composites) has attracted much attention in recent years because of its high tensile strength and good corrosion resistance. Especially in the field of structural strengthening, but for the newly built FRP members, there are few related studies. This paper studies a new type of FRP-concrete composite beam. The theoretical analysis and finite element simulation of the bending behavior of the beam are carried out. The main research work is as follows: 1) on the basis of consulting a large number of domestic and foreign literature. The research status of FRP- concrete composite beam is expounded and analyzed comprehensively. From the point of view of micromechanics, the mechanical characteristics of each component of FRP are analyzed, and then from the point of view of macroscopic mechanics. The elastic constants of FRP, an orthotropic material, are analyzed. In this paper, the overall stress characteristics of multi-layer materials composed of single-layer materials are further discussed. (2) according to the cross-section stress characteristics of composite beams, the possible failure modes of composite beams are analyzed, and then the relevant theoretical analysis is carried out. For FRP- concrete composite beams with reinforcement, there are three failure modes, and for FRP- concrete composite beams without reinforcement. There are two kinds of failure modes. The theoretical calculation formula of ultimate bearing capacity of FRP- concrete composite beams under the above conditions is derived. The finite element analysis is carried out on the flexural tests of reinforced concrete beams strengthened with GFRP sheets. The finite element results are in good agreement with the experimental data, which shows that the finite element model in this paper is reasonable and reliable. Sixteen kinds of FRP- concrete composite beams subjected to four-point bending load are designed. Taking FRP- concrete composite beam as an example, the concrete steps of ABAQUS modeling and the realization of FRP material in ABAQUS are analyzed. The results of finite element analysis are analyzed, two kinds of failure modes of FRP, concrete composite beams, flexural bearing capacity and mid-span displacement of various types of beams are given, and the characteristics of bending and shear failure are analyzed. The stress and strain of two typical failure modes of concrete and FRP are compared, and the factors influencing the flexural behavior of FRP-concrete composite beams are analyzed, including the number of layers, the ratio of reinforcement, and the strength of concrete. The results of finite element analysis are compared with those calculated according to the formula derived in Chapter 3. The results show that the ultimate bearing capacity is obtained. The results of finite element analysis are in good agreement with the calculated results of the derived formula.
【学位授予单位】:湖南大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TU398.9
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,本文编号:1492618
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