碳纖維復合材料(CFRP)現(xiàn)在已經(jīng)廣泛用于修補或加強橋梁結(jié)構(gòu)。CFRP具有強度高、重量輕、耐腐蝕性好及易于現(xiàn)場施工的優(yōu)點,使其成為傳統(tǒng)加固橋梁材料的良好替代品。在對鋼筋混凝土構(gòu)件進行加固修復的過程中,CFRP被粘附在加固區(qū)的表面上用作附加的外部加強件。CFRP加固的短期實驗測試結(jié)果表明,這些材料可以改善彎曲或剪切強度。從20世紀80年代開始,包括日本、美國、德國和加拿大在內(nèi)的國家非常重視CFRP在工程中的應用技術,將其逐步應用于實際混凝土結(jié)構(gòu)的修復與加固工程中,并取得了顯著的經(jīng)濟效益。在中國,CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)研究始于1996年,目前已經(jīng)成為比較常用的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)加固材料。烏克蘭現(xiàn)有1.7萬做橋梁,其中約9000座處于緊急待修狀態(tài)。在烏克蘭CFRP正逐步用于正常截面的增強,然而,關于CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)受力性能及加固效果的研究還不夠深入。本文基于烏克蘭加固設計規(guī)范(DBN B.2.3-22:2009),以跨度為4.0m,橫截面采用250×500mm的矩形鋼筋混凝土簡支梁為研究對象,采用規(guī)范公式及有限元方法,研究了CFRP加固混凝土受彎構(gòu)件的受力性能。主要研究工作內(nèi)容及結(jié)論如下:(1)總結(jié)了CFRP加固混凝土結(jié)構(gòu)存在的問題、一般設計要求及加固工藝。通過研究得出了一種用來評估復合材料CFRP加固梁的有效性理論方法。(2)基于烏克蘭加固設計規(guī)范(DBN B.2.3-22:2009),對比分析了三種混凝土應力應變關系對雙筋混凝土矩形簡支梁承載力的影響。研究表明:相對于矩形模式應力應變關系,拋物線-矩形模式應力應變關系的簡支梁最大承載能力提高至100.55%,而雙線性模式應力應變關系的簡支梁最大承載能力降低至93.56%。(3)采用有限元軟件ANSYS對跨度為4.0m,橫截面采用250×500mm的矩形鋼筋混凝土簡支梁進行了非線性分析。在140kN集中荷載作用下,混凝土梁的最大撓度0.79mm,鋼筋混凝土梁中6根A400級鋼筋的最大等效應力為96.23MPa。(4)通過Composite PrepPost模塊在Ansys Workbench中創(chuàng)建復合材料的方法,計算了在140kN集中荷載作用下,CFRP加固鋼筋混凝土梁應力和位移狀態(tài)。計算結(jié)果表明:用CFRP復合材料加固的梁的最大撓度為0.57mm,鋼筋混凝土梁中鋼筋的最大等效應力為64.49MPa。由CFRP加固的梁的極限承受載荷增減少了33%。變形減少了22%。CFRP加固導致鋼筋混凝土梁中混凝土和鋼筋變形的變化,從而使受彎構(gòu)件內(nèi)部發(fā)生了應力重新分布,受壓區(qū)混凝土需要承擔更大的應力。
【學位單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：U441;U445.72
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 Introduction
    1.1 The source and significance of the topic
    1.2 Research status in Ukraine and abroad
        1.2.1 Foreign experience of strengthening
        1.2.2 Experience of strengthening in Ukraine
    1.3 Related research status
    1.4 Main content of the research
2 Theoretical methodology of strengthening beams with composite materials CFRP
    2.1 Background
    2.2 Existing problems
    2.3 General requirements for design
    2.4 Work technology
        2.4.1 Preparation of the substrate for the label
        2.4.2 Preparation of glue （adhesive）
        2.4.3 Cloth Sticker
        2.4.4 Laminate sticker
3 Calculation of bearing capacity of rectangular reinforced concrete beam with doublereinforcement
    3.1 Output data for calculation
    3.2 Calculation algorithm
        3.2.1 Two-level diagram "strain-deformation"
        3.2.2 Parabolic-rectangular diagram
        3.2.3 Rectangular diagram
    3.3 Conclusion
4 Analysis of reinforced concrete beam of rectangular section
    4.1 Creation of a three-dimensional model of bending reinforced concrete beams
        4.1.1 Setting goals and objectives
        4.1.2 Output data for calculation
        4.1.3 FEA Technique for ANSYS Workbench
    4.2 Load and evaluation of the results of calculating the stress-strain state of the beam
        4.2.1 Generation of finite element grid
        4.2.2 Loads and boundary conditions
    4.3 Analysis of results of calculation of reinforced concrete beam
    4.4 Conclusion
5 Analysis of reinforced concrete beam with composite materials （CFRP）
    5.1 Prerequisites and initial data of reinforcement of bending reinforced concrete beamswith composite materials
    5.2 Method of beam reinforcement with CFRP composite materials in ANSYS
        5.2.1 Specifying of materials properties
        5.2.2 Setting the parameters of the beam in Design Modeler
        5.2.3 Creating a layered composite material in Ansys Workbench using the CompositePrep Post module
        5.2.4 Loads and Boundary Conditions
    5.3 Analysis of the reinforced concrete beam calculation results
    5.4 Calculation of the beam for strength and verification of design requirements
        5.4.1 Output data for calculation
        5.4.2 Calculation of the first limit state
        5.4.3 Calculation of the second limit state （on fracture toughness）
    5.5 Calculation of the beam for strength and verification of design requirements
        5.5.1 Output data for calculation
        5.5.2 Calculation of the first limit state
        5.5.3 Calculation of the second limit state （on fracture toughness）
        5.5.4 Verification of design requirements
    5.6 Conclusion
6 Conclusion
    6.1 Concluson
    6.2 Outlook
Acknowledgements
References

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本文編號：2892650