基于ANSYS的CFRP材料加固空心薄壁墩的抗震性能分析

发布时间：2017-07-28 15:19

  本文关键词：基于ANSYS的CFRP材料加固空心薄壁墩的抗震性能分析

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【摘要】：桥梁是我国公路网中最重要的组成部分,而随着我国大范围的公路网建设,越来越多的高等级公路需要经过高山深沟地区,而在这样的地形中空心薄壁高墩由于其结构特点称为最具经济和实用价值的一种墩型。由于桥墩是连接上部结构和基础的构件,成为了地震中最容易破坏的构件,然而现有的这类空心薄壁墩很多是基于旧得抗震规范设计的,这类桥墩中很大一部分虽然还在使用年限内,但是其抗震性能已不能满足现行的规范要求。因此对钢筋混凝土空心薄壁墩的加固技术研究是十分必要的。CFRP材料因具有质量轻、强度大、耐腐蚀、耐疲劳等基本的优良性能,被广泛用于桥梁的加固中。鉴于以上原因,本文结合国内外的研究现状,采用有限元分析方法研究CFRP材料对空心薄壁墩的抗震加固效果。本文的主要研究内容如下:(1)本文的分析方法是采用有限元分析软件ANSYS对钢筋混凝土空心墩以及经过CFRP材料约束的钢筋混凝土空心墩进行低周反复加载全过程分析,并与已有的试验数据进行对比,以验证模型的正确性。(2)在软件模型正确地基础上,对结构在不同轴压比、长细比、配筋率及包裹层数与高度的情况下,进行单向推覆力作用下的静力分析,通过对比P-Δ曲线和裂缝分布图,分析这些参数对CFRP约束效果的影响。(3)对结构在不同轴压比、长细比、配筋率及包裹层数与高度的情况下,低周往复荷载作用下的滞回性能分析,通过对比结构的滞回曲线以及应变分布图等,分析这些参数对CFRP约束钢筋混凝土矩形空心墩抗震性能的影响。
【关键词】：CFRP 空心薄壁墩 本构关系 ANSYS 滞回性能
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.55
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 本文研究背景10-11
• 1.2 桥墩传统加固方法11-12
• 1.3 FRP材料加固桥墩的原理与研究现状12-14
• 1.3.1 FRP材料加固桥墩的原理12-13
• 1.3.2 FRP材料加固空心墩的研究现状13-14
• 1.4 桥墩抗震性能的分析方法14-15
• 1.5 本文研究内容15-17
• 第二章 有限元模型的建立方法17-31
• 2.1 引言17
• 2.2 FRP约束钢筋混凝土柱原理17-18
• 2.3 CFRP加固桥墩ANSYS模型的选取18-19
• 2.4 材料本构关系19-27
• 2.4.1 钢筋的本构关系和破坏准则20-22
• 2.4.2 混凝土的本构关系和破坏准则22-26
• 2.4.3 碳纤维布的本构关系26-27
• 2.5 钢筋混凝土桥墩模型单元类型的选取27-29
• 2.5.1 混凝土单元27-28
• 2.5.2 纵向钢筋单元28
• 2.5.3 钢垫板单元28-29
• 2.5.4 碳纤维布单元29
• 2.6 非线性方程的求解方法29-31
• 第三章 CFRP约束混凝土桥墩模型的验证31-47
• 3.1 试验模型介绍31-33
• 3.1.1 试验模型材料参数31-32
• 3.1.2 加载制度32-33
• 3.2 ANSYS计算模型的建立33-36
• 3.3 ANSYS模拟结果与实测结果的对比36-40
• 3.3.1 滞回曲线及骨架曲线模拟分析36-38
• 3.3.2 桥墩破坏形态及塑性铰的模拟38-40
• 3.4 CFRP约束钢筋混凝土柱与钢筋混凝土柱抗震性能对比研究40-45
• 3.4.1 低周反复荷载作用下的滞回性能40-41
• 3.4.2 骨架曲线41-42
• 3.4.3 位移延性系数42-43
• 3.4.4 初始刚度、等效刚度43-45
• 3.4.5 滞回耗能能力45
• 3.5 本章小结45-47
• 第四章 CFRP材料约束空心薄壁墩约束效果的分析47-63
• 4.1 引言47
• 4.2 长细比的影响47-52
• 4.2.1 长细比对CFRP约束柱承载能力的影响47-50
• 4.2.2 长细比对破坏形式的影响50-52
• 4.3 轴压比的影响52-55
• 4.3.1 轴压比对混凝土柱承载的影响52-53
• 4.3.2 轴压比对柱破坏形式的影响53-55
• 4.4 配筋率的影响55-58
• 4.4.1 不同配筋率对混凝土柱承载的影响55-57
• 4.4.2 不同配筋率对柱破坏形式的影响57-58
• 4.5 CFRP材料包裹厚度的影响58-60
• 4.5.1 不同包裹厚度对混凝土柱承载的影响58-59
• 4.5.2 不同包裹厚度对柱破坏形式的影响59-60
• 4.6 CFRP材料包裹高度的影响60-61
• 4.6.1 不同包裹高度对混凝土柱承载能力的影响60
• 4.6.2 不同包裹高度对柱开裂和塑性区的影响60-61
• 4.7 本章小结61-63
• 第五章 CFRP材料约束空心薄壁墩的抗震性能分析63-79
• 5.1 引言63
• 5.2 长细比对结构抗震性能的影响63-65
• 5.3 轴压比对结构抗震性能的影响65-68
• 5.4 配筋率对结构抗震性能的影响68-70
• 5.5 混凝土强度对结构抗震性能的影响70-72
• 5.6 CFRP包裹层数对结构抗震性能的影响72-75
• 5.7 CFRP包裹高度对结构抗震性能的影响75-78
• 5.8 本章小结78-79
• 结论与展望79-81
• 1 结论79-80
• 2 存在的问题及展望80-81
• 2.1 现存在的问题80
• 2.2 展望80-81
• 参考文献81-85
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果85-86
• 致谢86

【参考文献】

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本文编号：584698