本文關(guān)鍵詞：FRP-鋼組合構(gòu)件受壓承載力計(jì)算方法研究

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【摘要】：碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)是近年來(lái)熱門(mén)研究課題之一,其應(yīng)用日益廣泛。目前,CFRP在加固和修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)和砌體結(jié)構(gòu)方面已經(jīng)有了比較系統(tǒng)的研究,但是在鋼結(jié)構(gòu)方面的應(yīng)用尚顯不足。為此,本文對(duì)FRP-鋼組合構(gòu)件受壓承載力進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。首先,本文對(duì)FRP-鋼組合構(gòu)件受壓承載力進(jìn)行了試驗(yàn)研究,試驗(yàn)包括12個(gè)粘貼CFRP的方鋼管試件和3個(gè)未粘貼的對(duì)比試件。本次試驗(yàn)重點(diǎn)研究構(gòu)件截面尺寸、CFRP粘貼方向(橫向粘貼和縱向粘貼)及CFRP與鋼板的配置強(qiáng)度比(CFRP厚度與其彈性模量的乘積和鋼板厚度與其彈性模量的乘積之比)對(duì)組合構(gòu)件受壓承載力的影響。研究表明,粘貼CFRP對(duì)提高構(gòu)件受壓承載力有明顯的效果。隨著構(gòu)件截面寬度的增加,構(gòu)件承載力的提高程度有所降低；承載力提高的程度與CFRP與鋼板的配置強(qiáng)度比成正相關(guān)的關(guān)系。縱向粘貼CFRP對(duì)FRP-鋼組合構(gòu)件的受壓承載力提高效果優(yōu)于橫向粘貼CFRP時(shí)的效果。其次,本文通過(guò)對(duì)FRP-鋼組合構(gòu)件受壓時(shí)受力情況的分析,提出了構(gòu)件的計(jì)算簡(jiǎn)圖,簡(jiǎn)圖將構(gòu)件分為轉(zhuǎn)角區(qū)構(gòu)件和平面區(qū)構(gòu)件。構(gòu)件的受壓承載力由三部分組成,即平面區(qū)構(gòu)件的抗壓承載力、轉(zhuǎn)角區(qū)構(gòu)件的抗壓承載力和轉(zhuǎn)角區(qū)構(gòu)件對(duì)平面區(qū)構(gòu)件的約束。通過(guò)對(duì)簡(jiǎn)化簡(jiǎn)圖的受力分析,得到構(gòu)件的承載力計(jì)算公式,并給出了荷載-位移曲線(xiàn)。通過(guò)與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比,驗(yàn)證了承載力計(jì)算公式在一定范圍內(nèi)的有效性。最后,本文建立了FRP-鋼組合構(gòu)件受壓承載力分析的有限元模型,對(duì)可能影響有限元數(shù)值模擬結(jié)果的各種因素進(jìn)行了討論,主要包括單元類(lèi)型、材料屬性、接觸處理、網(wǎng)格劃分、邊界條件及加載方式、分析方法等。將有限元數(shù)值模擬得到的破壞模式、峰值荷載、荷載-位移曲線(xiàn)分別與試驗(yàn)得到的破壞模式、峰值荷載、荷載-位移曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明本文建立的有限元模型能夠準(zhǔn)確的模擬FRP-鋼組合構(gòu)件受壓時(shí)的破壞模式、峰值荷載、荷載-位移曲線(xiàn),具有良好的可靠性和適用性。最后基于有限元模型對(duì)影響CFRP加固效果的參數(shù)進(jìn)行了分析,進(jìn)一步驗(yàn)證了FRP=鋼組合構(gòu)件的受壓承載力,隨CFRP與鋼板配置強(qiáng)度比的增大而增加；隨著構(gòu)件截面寬度的增加,構(gòu)件承載力的提高程度有所降低。
【關(guān)鍵詞】：FRP-鋼組合構(gòu)件 CFRP 鋼管柱 CFRP與鋼板配置強(qiáng)度比
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TU398.9
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-15
• 1.1 研究背景10-12
• 1.1.1 鋼結(jié)構(gòu)特點(diǎn)10-11
• 1.1.2 鋼結(jié)構(gòu)加固11-12
• 1.1.3 纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(FRP)及其性能12
• 1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.1 粘結(jié)劑及截面性能的研究12-13
• 1.2.2 受壓構(gòu)件的研究13
• 1.3 本文研究目的和意義13-14
• 1.4 本文研究工作14-15
• 第2章 FRP-鋼組合構(gòu)件受壓性能試驗(yàn)15-30
• 2.1 試驗(yàn)概況15-19
• 2.1.1 試件設(shè)計(jì)15-16
• 2.1.2 材料力學(xué)性能16-18
• 2.1.3 CFRP粘貼工藝18
• 2.1.4 試驗(yàn)裝置及測(cè)試方法18-19
• 2.2 試驗(yàn)結(jié)果19-27
• 2.2.1 試驗(yàn)現(xiàn)象19-21
• 2.2.2 峰值荷載21-22
• 2.2.3 荷載-位移曲線(xiàn)22-24
• 2.2.4 平面外位移曲線(xiàn)24-27
• 2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析與討論27-29
• 2.3.1 構(gòu)件截面寬度對(duì)受壓承載力的影響27-28
• 2.3.2 CFRP與鋼板配置強(qiáng)度比對(duì)受壓承載力的影響28
• 2.3.3 CFRP粘貼方向?qū)κ軌撼休d力的影響28-29
• 2.4 小結(jié)29-30
• 第3章 FRP-鋼組合構(gòu)件受壓全過(guò)程計(jì)算方法30-42
• 3.1 現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)受壓構(gòu)件計(jì)算方法30
• 3.2 FRP-鋼組合構(gòu)件受壓荷載-位移曲線(xiàn)30-37
• 3.2.1 計(jì)算簡(jiǎn)圖30-32
• 3.2.2 第一階段荷載-位移曲線(xiàn)32-33
• 3.2.3 第二階段荷載-位移曲線(xiàn)33-37
• 3.3 荷載-位移曲線(xiàn)37-38
• 3.4 試驗(yàn)和理論對(duì)比分析38-40
• 3.5 小結(jié)40-42
• 第4章 FRP-鋼組合構(gòu)件受壓性能數(shù)值模擬42-61
• 4.1 引言42
• 4.2 內(nèi)聚力單元42-47
• 4.2.1 內(nèi)聚力單元簡(jiǎn)介42-44
• 4.2.2 內(nèi)聚力單元損傷起始準(zhǔn)則44-45
• 4.2.3 內(nèi)聚力單元損傷擴(kuò)展準(zhǔn)則45-47
• 4.3 有限元模型的建立47-50
• 4.3.1 單元類(lèi)型47-48
• 4.3.2 材料屬性48
• 4.3.3 接觸處理48-49
• 4.3.4 網(wǎng)格化分49
• 4.3.5 邊界條件及加載方式49-50
• 4.3.6 非線(xiàn)性分析方法50
• 4.4 有限元計(jì)算結(jié)果50-54
• 4.4.1 破壞模式50-51
• 4.4.2 峰值荷載51-52
• 4.4.3 有限元模型的荷載-位移曲線(xiàn)52-54
• 4.5 有限元結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較分析54-58
• 4.5.1 破壞模式對(duì)比54
• 4.5.2 峰值荷載對(duì)比54-55
• 4.5.3 荷載-位移曲線(xiàn)對(duì)比55-58
• 4.6 有限元結(jié)果分析與討論58-60
• 4.6.1 構(gòu)件截面寬度對(duì)受壓承載力的影響59
• 4.6.2 CFRP與鋼板配置強(qiáng)度比對(duì)受壓承載力的影響59-60
• 4.7 小結(jié)60-61
• 第5章 結(jié)語(yǔ)61-63
• 5.1 結(jié)論61
• 5.2 需進(jìn)一步的研究工作61-63
• 參考文獻(xiàn)63-65
• 在校發(fā)表論文65-66
• 致謝66

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