cfrp板条嵌入式加固混凝土梁受扭有限元分析

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1、CFRP板条嵌入式加固混凝土梁受扭有限元分析第1章绪论1.1引言世界各地的公路、房屋都存在老化现象。例如现今的美国,40%的公路桥梁由于使用时间较久，公路桥梁老化，而影响到使用效果，急需更换或维修,根据调查，维修加固改造业发展的如火如荼，在众多职业中受到追捧；维修加固改造工程在英国也同样受到青睐，就工程量来说，这个行业已经占到英国建筑工程总量的67%；在我国,各项基本行业建设会受到政府宏观调控的影响,,但总体发展趋势鲜明,新建与维修加固改造业发展的旗鼓相当，对于新修与维修加固投资比例分配合理、因地制宜。基于这种发

2、展前景，如何延长钢筋混凝土梁结构的长期耐久性，成为土木工程建造业中亟需解决的问题。1982年瑞典的Merie首先使用粘贴FRP（FiberReinforcedPolymer）对桥梁结构进行加固[1-2]，翻开了FRP进入土木工程结构加固领域的新篇章。在20世纪80年代，美、日和欧等国已率先对纤维增强塑料加固混凝土技术展开研究工作，工程应用同步进行，我国开展相关研究起始于1996年[3-7]。国内外学者对混凝土结构抗弯，抗剪，受压及抗震加固进行了大量研究工作，对受扭加固的研究处于初始阶段[8-16]。随着科技不断进

3、步，各种新型结构形式大量产生，工程结构中许多构件都承受着较大的扭矩，如螺旋楼梯、曲梁、雨篷等[17]，使得许多结构构件因受扭失效而破坏。因此国内外学者对结构中抗扭加固研究开展了工作，抗扭加固研究工作将成为近期研究工作热点。.........1.2结构加固技术及特点土木工程结构使用功能改变、施工过程中发生问题、发生洪水、火灾、地震等意外,结构性能发生退化，急需对结构进行补强加固。补强加固方法很多，如增大截面加固法、预应力加固法、粘钢加固法、钢丝绳网-聚合物改性水泥砂浆面层加固法、增设支点法、置换混凝土加固法、植筋技

4、术等[18-23]。预应力加固法：结构加固过程中通常会出现应力应变滞后现象，通过预应力加固法，结构中的内力分布产生变化，应力水平向较低方向发展，提升结构总体承载能力。粘钢加固法：此法适用于受弯及受拉构件，且构件承受静力作用，使用环境的温度范围在5～60℃之间，相对湿度小于等于70%，并且使用条件中无化学腐蚀，否则应采取有效的防护措施。本法对构件混凝上强度有明确要求：其等级不应小于Cl5。置换混凝土加固法：构件受压区混凝土强度低于正常水平或有较大问题，采用置换混凝土加固法。当工程中新建的混凝土质量不合格，通常会用置

5、换混凝土加固法返工处理，如果建筑物混凝土的承重结构受到腐蚀或遭遇火灾，使用置换混凝土加固法修复。纤维增强复合材料（FRP）加固法是一种新进出现的加固方法，采用树脂将纤维增强复合材料与混凝土结构表层粘贴，使二者得以融合成整体，一起承担外力。这是种操作方便而且效果明显的加固增强方法，与传统加固方法不同，FRP加固法并不增加结构自重。FRP嵌入式加固法是在混凝土保护层表面开槽，然后将有粘结作用的树脂注入槽中，再把FRP材料（筋或者是板条）嵌入槽中，让FRP材料与混凝土成为整体，从而起到共同加固的效果。FRP嵌入式加固法

6、与常规加固技术相比优点如下：(1）高强高效。物理力学性能优异是FRP的一大特点，CFRP还具有强度、弹性模量都较高的优势，可以在加固修补混凝土结构时发挥其作用，并保持较好的延性与变形能力，具有较好的加固修补效果。（2）工作效率高，施工便捷，只需要进行干作业，不需要大型施工用具，施工占地面积少。（3）抗腐蚀能力与耐持久性好。（4）适用范围广泛。嵌入式加固混凝土结构可以保持原有的结构重量以及结构外观，这是现存的多种加固方式都无法企及的。............第2章钢筋混凝土本构关系及数值模拟钢筋混凝土梁是由两种截然

7、不同的材质构成，分别为混凝土和钢筋。由于这两种材料本身的非线性性能，分别考虑这两种材料的本构关系，还要将它们组合在一起考虑材料的力学性能。2.1混凝土的本构关系现有的众多理论框架如非线性弹性理论、混凝土损伤塑性理论等，都可以为混凝土本构关系的建立提供依据。混凝土材料复杂度较高,所以暂时没有理论可全面描述混凝土材料本构关系。混凝土本构关系的依据不同则会产生不同理论特点。混凝土非线性弹性模型分为全量和增量模型，其中全量模型包括ottosen、江见鲸模型，增量模型包括dardash;应变关系，应力应变曲线由两部分组成，

8、包括上升段和下降段,其中后面一段,裂缝会逐渐扩展，这一特点很难用笔者前面介绍的非线性弹性。损伤力学理论主要分析裂缝的不同阶段、不同模式以及不同受力情况，包括初始裂缝（即混凝土材料未受力的情况）；裂缝拓展（受力过程中损伤积累而产生），继而发生应变软化。若混凝土存在于单轴扭矩作用下，可以使用损伤塑性模型开展混凝土破坏的数值模拟。它通常表示非弹性行为，由三种模式组合而成（既各向