本文關(guān)鍵詞：濕熱環(huán)境與荷載作用下粘貼加固鋼筋砼梁長(zhǎng)期性能仿真分析

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【摘要】：對(duì)現(xiàn)有及損傷結(jié)構(gòu)的加固補(bǔ)強(qiáng)已經(jīng)成為當(dāng)前工程結(jié)構(gòu)中所面臨的關(guān)鍵問題之一。粘貼加固法由于具有較大的優(yōu)勢(shì),因而在目前工程結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域得到了極為廣泛的應(yīng)用。然而對(duì)于加固材料補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期性能研究還不夠全面,目前,大多數(shù)研究均是通過實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的模擬環(huán)境實(shí)驗(yàn)和實(shí)際戶外環(huán)境中的暴露實(shí)驗(yàn)來了解粘貼加固鋼筋混凝土梁的長(zhǎng)期性能,而對(duì)環(huán)境與荷載共同作用下粘貼加固鋼筋砼梁長(zhǎng)期性能的有限元模擬研究則相對(duì)少見。為此,本文結(jié)合交通運(yùn)輸部建設(shè)科技項(xiàng)目“荷載與濕熱環(huán)境耦合作用下粘貼加固梁橋耐久性關(guān)鍵技術(shù)研究”(2015318814190),并以粘貼CFRP加固的鋼筋砼梁為例,從有限元數(shù)值分析的角度對(duì)荷載與濕熱環(huán)境耦合作用下粘貼加固鋼筋砼梁結(jié)構(gòu)整體的長(zhǎng)期性能問題進(jìn)行了初步探索。本文主要研究?jī)?nèi)容如下:本文基于對(duì)濕熱環(huán)境與荷載耦合作用下粘貼CFRP加固鋼筋砼梁長(zhǎng)期性能仿真分析研究的考慮,選用了總體求解精度評(píng)估結(jié)果較好的GL2000混凝土徐變數(shù)學(xué)預(yù)測(cè)模型應(yīng)用于有限元分析中混凝土相關(guān)長(zhǎng)期性能的模擬;同時(shí)選用雙折線粘結(jié)滑移模型模擬有限元模型中CFRP與混凝土在長(zhǎng)期性能下的粘結(jié)滑移關(guān)系;并結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)研究,將濕熱環(huán)境與荷載耦合作用下CFRP片材等的耐久性應(yīng)用于ANSYS有限元仿真分析之中。應(yīng)用數(shù)值方法分別對(duì)在濕熱環(huán)境(50℃/95%RH)中,濕熱15天持荷0%、濕熱30天持荷0%、濕熱90天持荷0%、濕熱180天持荷0%和濕熱15天持荷30%、濕熱30天持荷30%、濕熱90天持荷30%、濕熱180天持荷30%八種工況的粘貼CFRP加固鋼筋砼梁應(yīng)的長(zhǎng)期性能進(jìn)行了一系列的仿真分析,結(jié)果表明:濕熱環(huán)境對(duì)CFRP加固梁的后期剛度沒有太大影響;在單濕熱環(huán)境下,隨著濕熱天數(shù)的增加,梁的跨中撓度表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。CFRP最大測(cè)量應(yīng)變反映了梁的加固效果,在單濕熱環(huán)境下,CHT30d-0%、CHT90d-0%、CHT180d-0%與CHT15d-0%的CFRP最大測(cè)量應(yīng)變相比都表現(xiàn)出了-3.61%、-2.35%、-5.01%的降低趨勢(shì)。而在濕熱環(huán)境和荷載雙因素影響下,CHT15d-30%、CHT30d-30%、CHT90d-30%、CHT180d-30%與單濕熱環(huán)境作用下CHT15d-0%的CFRP最大測(cè)量應(yīng)變相比都表現(xiàn)出了-2.60%、-3.68%、-3.74%、-7.10%的降低趨勢(shì)。說明單濕熱環(huán)境下CFRP加固效果呈降低趨勢(shì),而濕熱環(huán)境與荷載雙因素影響下,CFRP加固效果的降低程度比單濕熱環(huán)境下降低程度更大;同時(shí),在相同荷載等級(jí)下,不同濕熱天數(shù)以及持荷水平下粘貼CFRP加固鋼筋砼梁膠層的粘結(jié)力沿長(zhǎng)度的分布不同,濕熱天數(shù)越長(zhǎng),試驗(yàn)梁中膠層高剪應(yīng)力區(qū)的范圍越大,同時(shí)跨中附近最大的峰值粘結(jié)力隨著濕熱天數(shù)的增加表現(xiàn)出一定程度的降低;觀察CFRP片材端部的滑移情況發(fā)現(xiàn),在荷載等級(jí)不大的情況下,各試驗(yàn)梁的荷載—端部滑移關(guān)系基本相同,并且曲線的斜率隨著荷載的增大是逐漸增大的;在濕熱環(huán)境作用下,CHT15d-0%和CHT15d-30%的軟化階段曲線的斜率表現(xiàn)出最小,曲線的長(zhǎng)度也較短,而在濕熱環(huán)境和荷載雙因素影響下,CFRP加固梁的軟化階段比單濕熱環(huán)境下的軟化階段更長(zhǎng),階段結(jié)束的時(shí)間更晚。最后,對(duì)粘貼CFRP加固鋼筋砼梁開展了濕熱環(huán)境(60℃/95%RH)中15天持荷0%、60%兩種工況的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn),設(shè)置了在室溫下未加固鋼筋砼梁的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)作對(duì)比分析,得到了加固梁的跨中荷載—撓度曲線、屈服荷載、損傷過程與破壞形態(tài),并根據(jù)損傷過程與破壞形態(tài)對(duì)其失效機(jī)理進(jìn)行了探討。同時(shí)將試驗(yàn)得到的跨中荷載—撓度曲線與相同環(huán)境條件下有限元仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了有限元仿真分析的準(zhǔn)確性。
【關(guān)鍵詞】：碳纖維布加固鋼筋砼梁 濕熱環(huán)境與荷載耦合作用 長(zhǎng)期性能 有限元分析
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU375.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 結(jié)構(gòu)加固需求和意義12-13
• 1.2 CFRP加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要技術(shù)特點(diǎn)13-14
• 1.3 FRP加固梁的耐久性研究現(xiàn)狀14-18
• 1.3.1 國(guó)外對(duì)FRP加固梁的耐久性研究14-17
• 1.3.2 國(guó)內(nèi)對(duì)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加固鋼筋砼梁長(zhǎng)期性能理論研究20-30
• 2.1 CFRP粘貼加固鋼筋砼梁長(zhǎng)期性能的影響因素20-28
• 2.1.1 混凝土徐變性能20-22
• 2.1.2 CFRP耐久性能22-24
• 2.1.3 CFRP/混凝土粘結(jié)界面耐久性能24-27
• 2.1.4 CFRP搭接耐久性能27-28
• 2.2 CFRP加固鋼筋砼梁力學(xué)性能計(jì)算方法28-30
• 2.2.1 CFRP加固鋼筋砼梁受彎分析的基本假定28
• 2.2.2 CFRP加固材料的限制使用量28-30
• 第三章 CFRP加固鋼筋砼梁有限元分析方法30-43
• 3.1 混凝土結(jié)構(gòu)有限元分析研究現(xiàn)狀30-31
• 3.2 結(jié)構(gòu)分析的非線性問題31-32
• 3.3 粘貼加固鋼筋砼梁的本構(gòu)關(guān)系32-36
• 3.3.1 概述32
• 3.3.2 混凝土本構(gòu)關(guān)系及破壞準(zhǔn)則32-35
• 3.3.3 鋼筋本構(gòu)關(guān)系35
• 3.3.4 CFRP本構(gòu)關(guān)系35-36
• 3.4 模型采用的ANSYS單元類型36-40
• 3.4.1 SOLID65單元37-38
• 3.4.2 PIPE20單元38
• 3.4.3 SHELL181單元38-39
• 3.4.4 SOLID45單元39-40
• 3.5 本文ANSYS模型中的非線性分析、收斂分析40-43
• 3.5.1 粘貼加固材料與混凝土之間粘結(jié)滑移關(guān)系的有限元模擬40
• 3.5.2 粘貼加固鋼筋砼梁與支座墊塊之間的接觸分析40
• 3.5.3 收斂分析40-43
• 第四章 濕熱環(huán)境與荷載作用下CFRP加固鋼筋砼梁長(zhǎng)期性能有限元分析43-72
• 4.1 濕熱環(huán)境與荷載作用下CFRP加固鋼筋砼梁43-44
• 4.2 ANSYS模型中主要材料參數(shù)44-48
• 4.2.1 混凝土相關(guān)材料參數(shù)44-45
• 4.2.2 鋼筋相關(guān)材料參數(shù)45-46
• 4.2.3 CFRP相關(guān)材料參數(shù)46-47
• 4.2.4 膠層相關(guān)材料參數(shù)47-48
• 4.3 ANSYS分析過程48-50
• 4.3.1 簡(jiǎn)化和基本假定48
• 4.3.2 前處理48-49
• 4.3.3 求解49-50
• 4.3.4 后處理50
• 4.4 模型合理性驗(yàn)證50-58
• 4.4.1 理論計(jì)算結(jié)果50-52
• 4.4.2 未加固梁有限元模型合理性驗(yàn)算52-54
• 4.4.3 加固梁有限元模型合理性驗(yàn)算54-58
• 4.4.4 合理性驗(yàn)算結(jié)果58
• 4.5 濕熱環(huán)境與荷載作用下粘貼CFRP加固砼梁有限元結(jié)果分析58-70
• 4.5.1 撓度分析59-62
• 4.5.2 CFRP/受拉鋼筋應(yīng)變62-64
• 4.5.3 膠層粘結(jié)力沿長(zhǎng)度的分布64-67
• 4.5.4 CFRP應(yīng)變沿長(zhǎng)度的分布67-68
• 4.5.5 荷載—端部滑移曲線68-70
• 4.6 本章小節(jié)70-72
• 第五章 濕熱環(huán)境與荷載作用下CFRP加固鋼筋砼梁三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)72-84
• 5.1 引言72
• 5.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)72-73
• 5.2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/span>72
• 5.2.2 試驗(yàn)梁設(shè)計(jì)及分組72-73
• 5.3 CFRP加固梁的三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)73-79
• 5.3.1 試驗(yàn)材料73-75
• 5.3.2 試件制作75-76
• 5.3.3 濕熱環(huán)境腐蝕76
• 5.3.4 撓度測(cè)點(diǎn)布置及數(shù)據(jù)采集76-77
• 5.3.5 加載設(shè)備及加載方案77-79
• 5.4 試驗(yàn)結(jié)果分析79-83
• 5.4.1 破壞過程與破壞形態(tài)79
• 5.4.2 荷載—撓度曲線79-82
• 5.4.3 機(jī)理分析82-83
• 5.5 本章小節(jié)83-84
• 第六章 結(jié)論與展望84-87
• 6.1 主要結(jié)論84-85
• 6.2 進(jìn)一步研究工作的展望85-87
• 致謝87-88
• 參考文獻(xiàn)88-91
• 在學(xué)期間發(fā)表的論文及科研成果91

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