碳纤维加固混凝土内压管结构有限元分析

采用有限元方法对碳纤维增强材料 (CFRP)加固混凝土内压管道受力性能进行分析 ,并与试验结果进行比较。分析结果表明 ,合理选用有限元模型可以较好地模拟试验情况。同时根据有限元分析结果对CFRP加固混凝土内压管的受力机理进行初步探讨。     

CFRP布加固局部腐蚀圆钢管混凝土轴压短柱受力性能

钢管混凝土目前已被广泛应用于各类建筑结构中,但是钢材存在易腐蚀的缺点,尤其是局部腐蚀。当钢管混凝土出现局部腐蚀时,其受力性能会有所退化,因此有必要对局部腐蚀后钢管混凝土的受力性能进行研究,并研究局部腐蚀后钢管混凝土的加固方法。为此,完成了7个圆钢管混凝土短柱的轴压试验,研究了机械开孔模拟局部腐蚀对圆钢管混凝土轴压短柱受力性能的影响,同时采用CFRP布加固机械开孔圆钢管混凝土短柱,研究CFRP布包裹层数对局部腐蚀圆钢管混凝土加固效果的影响。试验结果表明局部开孔会降低圆钢管混凝土短柱的轴压承载力、刚度和延性,且随着开孔长度的增加,降低幅度有所提高。采用CFRP布加固局部开孔圆钢管混凝土短柱能够提高试件的承载力,单层CFRP布加固时,试件达到极限荷载时CFRP布纤维突然断裂,试件延性较差;两层CFRP布加固时,试件的延性得到明显改善,整体加固效果更好,试件受力性能接近于未开孔的圆钢管混凝土。同时,采用ABAQUS软件建立了圆钢管混凝土有限元模型,并与试验结果进行了对比,验证了有限元模型的正确性。基于有限元分析结果,建议偏于保守地采用环向应力等于钢材屈服强度的计算方法等效计算CFRP布厚度,用于加固局部腐蚀圆钢管混凝土。     

CFRP和混凝土叠合层加固预应力空心楼板的参数分析研究

基于课题组前期对CFRP与混凝土叠合层加固预应力混凝土空心板的受力性能试验及计算方法的研究,针对影响加固预应力混凝土空心板受力性能的不同因素进行了一系列参数化分析。其中,叠合层厚度、混凝土强度、CFRP加固量及覆盖率等对加固构件的承载力以及延性均有不同程度的影响,也同时影响了CFRP的剥离或拉断破坏模式。在实际加固工程中,应结合极限承载力的需要和使用要求,合理设计叠合层混凝土的强度和厚度;采用CFRP加固时,应尽量增大底板上CFRP的覆盖率,以充分利用CFRP的抗拉性能,节省CFRP的用量。     

碳纤维增强聚合物-方形截面钢管混凝土构件扭转性能试验研究

以横向CFRP约束系数、纵向CFRP增强系数和混凝土立方体抗压强度为主要参数,进行了18个CFRP-方形截面钢管混凝土(S-CF-CFRP-ST)构件扭转性能试验研究。试验结果表明,S-CF-CFRP-ST构件的扭矩-转角曲线对应试件受力的弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段;钢管和CFRP可以协同工作;纵向应变与横向应变均为拉应变,45°方向为压应变;构件的变形近似符合平截面假定。应用ABAQUS有限元分析软件模拟了S-CF-CFRP-ST构件的扭矩-转角曲线,计算结果与试验结果吻合良好。有限元参数分析结果表明,钢材屈服强度、混凝土强度、CFRP层数和含钢率的提高不改变S-CF-CFRP-ST构件的扭矩-转角曲线的形状;但钢材屈服强度或含钢率的提高可以显著提高受扭承载力,混凝土强度的提高对构件承载力有所提高,而CFRP层数的增加可使承载力略有提高;含钢率的提高可以提高构件弹性阶段的刚度。     

Experimental study on torsional behavior of concrete filled CFRP-steel tube with square cross-section

以横向CFRP约束系数、纵向CFRP增强系数和混凝土立方体抗压强度为主要参数,进行了18个CFRP-方形截面钢管混凝土(S-CF-CFRP-ST)构件扭转性能试验研究。试验结果表明,S-CF-CFRP-ST构件的扭矩-转角曲线对应试件受力的弹性阶段、弹塑性阶段和塑性阶段;钢管和CFRP可以协同工作;纵向应变与横向应变均为拉应变,45°方向为压应变;构件的变形近似符合平截面假定。应用ABAQUS有限元分析软件模拟了S-CF-CFRP-ST构件的扭矩-转角曲线,计算结果与试验结果吻合良好。有限元参数分析结果表明,钢材屈服强度、混凝土强度、CFRP层数和含钢率的提高不改变S-CF-CFRP-ST构件的扭矩-转角曲线的形状;但钢材屈服强度或含钢率的提高可以显著提高受扭承载力,混凝土强度的提高对构件承载力有所提高,而CFRP层数的增加可使承载力略有提高;含钢率的提高可以提高构件弹性阶段的刚度。     

CFRP加固焊接钢结构的疲劳性能试验研究

由于焊缝自身的缺陷,导致大部分焊接钢结构是由于焊接接头的疲劳断裂而失效。碳纤维增强复合材料(CFRP)加固焊接钢结构应用研究较少,尤其是焊接构件加固之后的疲劳性能的试验和分析。通过试验和计算对比,定量分析对接焊Q345钢板在采用CFRP布加固前后的疲劳性能的改善,并基于BS7608标准,采用有限元软件ANSYS对CFRP布加固焊接Q345钢板进行受力分析,运用S-N曲线预估构件加固后的疲劳寿命。结果表明:CFRP布加固可有效增大焊接钢构件的疲劳寿命;合理修正S-N曲线后,可较准确的预估构件加固后的疲劳寿命。此次研究得到了较准确的结果,对焊接钢构件采用CFRP布加固后疲劳寿命的设计有参考意义。     

CFRP加固钢筋再生混凝土梁的弯曲性能研究

为研究再生混凝土梁的弯曲性能,进行了钢筋再生混凝土梁及其经CFRP加固后的受弯性能试验研究,分析了再生粗骨料取代率和CFRP加固层数对再生混凝土梁受力性能的影响,比较了钢筋再生混凝土梁加固前后的挠度和裂缝扩展情况。试验结果表明：再生混凝土梁的变形能力和受弯承载力较普通混凝土梁没有明显降低,但其刚度和延性均有所降低,可通过CFRP加固提高其刚度和极限荷载,但不能改善其变形能力; CFRP加固层数对钢筋再生混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载影响较大,其中极限荷载受加固层数影响最大。通过理论计算和有限元分析,建立了钢筋再生混凝土梁及其经CFRP加固后的受弯承载力计算式,理论计算结果与钢筋再生混凝土梁的试验结果符合较好。研究成果可为再生混凝土梁的工程应用提供参考依据。     

碳纤维布加固混凝土梁抗弯承载力有限元分析

为了研究碳纤维布(CFRP)对混凝土受弯梁的加固效果,基于ANSYS建立CFRP加固前后混凝土受弯构件受力模型,利用有限元法得到构件应力状态与变形情况。分析ANSYS后处理数据得出CFRP对钢筋应力、开裂荷载与极限弯矩的影响。ANSYS分析结果与已有理论和试验结果基本吻合,表明了有限元分析的可行性。     

CFRP加固承载状态下圆钢管混凝土轴压短柱屈服承载力分析

为研究CFRP加固承载状态下圆钢管混凝土轴压短柱的屈服承载力,首先推导CFRP加固非承载状态下圆钢管混凝土短柱的屈服承载力,进而对CFRP加固承载状态下圆钢管混凝土轴压短柱屈服承载力的计算式进行了推导。建立了非承载状态下圆钢管混凝土的有限元模型,通过已有试验结果,验证了有限元建模方法的有效性。采用该方法对不同参数的CFRP加固承载状态下圆钢管混凝土短柱建立有限元模型,有限元模拟的屈服承载力与理论计算结果吻合良好,证明了理论公式的准确性。基于所建立的有限元模型和提出的理论公式,分析不同承载率、不同钢管厚度和不同CFRP加固层数等因素对轴压短柱屈服承载力的影响。结果表明:初始承载率影响CFRP的约束效果,屈服承载力随着初始承载率的提高而降低,而CFRP层数的增加则放大了这种效应;增加CFRP加固层数可以有效提高承载状态下构件的屈服承载力,CFRP加固承载状态下圆薄壁钢管混凝土轴压短柱性能更优。     

ANSYS在CFRP约束混凝土方柱受压分析中的应用

利用ANSYS软件对CFRP布约束混凝土方柱的轴心受压性能的全过程进行了模拟和分析计算,并对其进行了应力和应变分析.结果表明:有限元计算结果与试验结果吻合良好,有限元分析可较准确地模拟碳纤维布约束混凝土方柱的受力性能;随着CFRP布层数增加,CFRP布约束混凝土的极限强度和极限应变提高,CFRP布对混凝土的约束作用明显增强,研究成果为模拟钢筋混凝土结构的受压性能提供了参考.     

CFRP和混凝土叠合层加固预应力空心楼板的破坏模式分析

在前期进行的CFRP与混凝土叠合层加固预应力混凝土空心楼板的受力性能试验和计算方法研究的基础上,对加固预应力空心楼板的破坏模式进行分析。结果表明,加固预应力空心楼板的破坏模式主要有钢筋拉断、CFRP拉断、CFRP剥离、混凝土压碎的弯曲破坏以及斜截面剪切破坏五种模式;而且CFRP加固量、CFRP覆盖率、叠合层厚度和混凝土强度对破坏模式有明显影响。在实际工程中,应通过控制CFRP的用量,避免构件发生剪切破坏;尽量增大CFRP的覆盖率以充分利用CFRP材料的抗拉强度。     

硅酸钙防火板保护下的CFRP加固混凝土梁耐火设计

随着CFRP在混凝土结构加固中的广泛应用,其防火问题引起关注。但是目前关于高温下CFRP加固构件的防火性能研究成果相对较少。以当前国内外相关研究成果为基础,用有限元程序对加固构件进行高温下的传热分析和力学分析,运用有限元程序在计算机上再现了防火试验的全过程。研究荷载比、CFRP加固量、防火材料厚度以及混凝土保护层厚度等因素对采用硅酸钙防火板保护的CFRP加固梁耐火极限的影响规律,并得到了不同工况下的CFRP加固钢筋混凝土梁的耐火极限,为CFRP加固混凝土梁的防火设计提供了依据。     

基于OpenSees的预应力CFRP加固混凝土梁的数值分析

采用OpenSees有限元软件,对预应力CFRP加固混凝土梁进行数值模拟,并与试验结果对比,验证有限元模拟的准确性和可靠性。对影响预应力CFRP加固混凝土梁的受力性能的主要因素进行参数化分析,包括预应力大小、预应力筋面积等,研究主要影响因素对加固梁的开裂荷载、承载力、极限曲率及破坏形态的影响。并给出设计建议。研究结果表明:通过对加固用CFRP选择合适的预应力数值及预应力筋的面积,使被加固构件的破坏形态控制在界限破坏附近,可达到强度和变形均优的、理想的加固设计目标。     

二次受力下CFRP板加固受弯钢梁力学性能研究

在考虑二次受力影响的CFRP板加固钢梁抗弯试验的基础上,利用ANSYS软件建立"三维实体-弹簧-壳元"有限元计算模型,对CFRP板加固钢梁进行模拟,通过对钢梁跨中挠度的模拟值与试验值之间的对比,验证了有限元模型的正确性,得到了二次受力对CFRP板加固钢梁的影响,进而可以对影响钢梁抗弯性能的荷载参数、几何参数、材料参数进行分析,确定影响加固钢梁受力性能的主要因素和规律。本文的研究成果为正在编制的国家标准"钢结构加固设计规范"提供理论依据,同时为此类工程提供理论参考和依据。     

CFRP加固二次受力混凝土梁的试验研究与有限元分析

采用有限元方法对CFRP加固二次受力钢筋混凝土梁的抗弯性能进行了分析,并与试验结果进行了比较.结果表明,通过合理选择有限元分析数值模型,可以较好地预测CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯性能.试验研究与有限元理论分析比较,结果比较吻合,表明本文提出的数值模拟研究的理论及方法是可行的,可以用于工程设计计算和作为模型试验的参考.     

基于ANSYS的碳纤维薄板加固RC梁的有限元分析

基于实验数据的CFRP加固混凝土构件的计算方法,其经验公式得出结果较为粗糙。基于ANSYS有限元软件中的Solid65单元对钢筋混凝土简支梁建模,对CFRP加固RC梁的开裂性状、极限承载力及破坏规律进行分析。本文建立了碳纤维薄板加固RC梁的有限元模型,分析了碳纤维加固后的混凝土构件特性,并与三点弯实验结果进行了对比分析,结果表明:基于ANSYS有限元分析方法可以较好地表征出碳纤维薄板加固RC梁的非线性力学特征;CFRP薄板加固RC梁可以有效抑制裂缝的发展,并提高RC梁的极限承载力。     

钢筋混凝土加固梁的有限元分析

为了深入了解CFRP加固RC梁的受力性能和加固机理,采用试验和有限元软件ANSYS仿真分析相结合的方法,分析了CFRP布加固梁的承载能力、变形特性、破坏形式和CFRP布加固混凝土结构的承载机理。     

预应力碳纤维加固钢筋混凝土梁的二次受力性能研究

预应力CFRP加固技术是近年来得到重视的新型加固方法,但目前国内外关于预应力碳纤维CFRP加固混凝土受弯构件的二次受力性能方面的研究较少.通过2根长7.2m的大型钢筋混凝土梁试件预应力CFRP二次受力加固的试验研究,考察预先加载至钢筋屈服后再采用预应力CFRP加固的钢筋混凝土梁的力学性能,比较非预应力CFRP加固构件的...     

预应力CFRP板加固混凝土梁研究综述

CFRP板加固混凝土梁是一种新型的加固方法,但该方法存在着CFRP板强度利用率不高、对梁正常使用性能改善不明显等问题。通过对CFRP板施加预应力,不仅可以充分利用CFRP板的强度,还能有效地改善加固梁的受力性能,进一步抑制梁的变形和裂缝的开展。目前国内外已有的研究主要包括预应力CFRP板锚具研究、预应力CFRP板加固混凝土梁试验研究、预应力CFRP板加固混凝土梁非线性有限元分析以及预应力CFRP板加固混凝土梁理论研究等4个方面。对国内外预应力CFRP板加固混凝土梁的最新研究成果进行了较为系统的综述与分析,并对将来的发展趋势进行了展望。     

二次受力下CFRP板加固钢梁静力试验和数值分析

本文对二次受力下碳纤维增强复合材料(CFRP)加固钢梁进行了静力试验,研究了不同程度初始应力对加固钢梁抗弯承载力及界面应力的影响;然后用有限元分析软件ANSYS对加固结构进行了数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比验证,两者较为吻合。试验及模拟分析结果表明:初始应力会降低加固钢梁的抗弯承载力,但是可以减小胶层中的界面应力,减缓CFRP板从钢梁上的剥离。初始应力对加固钢梁的抗弯承载力及剥离破坏形式有着重要影响,在实际加固工程中不应忽视。通过试验与数值分析对比得到了一个可以精确模拟二次受力下CFRP板加固钢梁静力性能的有限元模型。