碳纤维布加固圆钢管轴心受力有限元分析与试验分析

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1、碳纤维布加同圆钢管轴心受力有限元分析及试验研究曼皇曼詈曼曼曼舅曼量皇曼曼皇量鲁量曼曼曼皇曼皇曼曼曼鼍II皇曼皇曼皇曼曼皇曼曼鼍曼曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼曼量罡曼曼舅曼皇曼曼曼曼曼曼曼曼4．7屈曲计算结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯384．7．1屈曲承载力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．384．7．2极限侧移⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯434．7．3极限VonMises应力⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．454．8本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

2、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯46第5章碳纤维布加固圆钢管轴心受拉试验研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯475．1试验材料的力学性能⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯475．2试样设计及编号⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。485．3试验结果及分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．495．3．1试验现象⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯495．3．2试验数据⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．495．3．3试验结果分

3、析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．515．4试验结果与数值模拟结果的对比分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．51结论与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一53结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。53展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．53参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯55致j射⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯

4、⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．58附录A：攻读学位期间所发表的学术论文目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯59Ⅱ硕士学位论文摘要建筑加固业作为建筑行业的一个重要分支，受到了工程界越来越多的重视。碳纤维增强复合材料(CarbonFiberReinforcedPolymer，简称CFRP)加固技术作为一种较新型的加固补强方法，已在钢筋混凝土结构以及砌体结构加固领域得到了较为成熟的研究及应用，相关的加固规范、规程也已出台。然而，对于这项技术在钢结构加固领域的理论研究及工程应用却还很少。目前，对钢结

5、构或者构件的加固补强依旧以传统方法为主，主要包括螺栓连接、焊接、粘钢等。这些传统加固方法拥有成熟的理论且施工操作简单易行，但同时，我们也不可忽视它们所带来的焊接残余应力、截面削弱、应力集中等诸多问题。碳纤维增强复合材料加固技术以其自身优异的材料性能以及加固施工工艺上的诸多优势，能够很好地弥补传统钢结构加固方法的不足。本文在充分了解了传统钢结构加固方法并查阅了已有的碳纤维增强复合材料加固钢结构或者构件的研究文献的基础之上，另辟蹊径，将加固研究对象放在钢结构中常用的圆钢管上，采用有限元分析与试验研究相结合的方法，探究碳纤维增强复合材料加固对圆

6、钢管轴心受力性能的影响及其规律。本文所做的研究工作及其成果如下：(1)应用ANSYS对碳纤维布纵向粘贴加固轴心受拉圆钢管进行了静力计算，对比分析了碳纤维布纵向加固长度比、碳纤维布厚度、碳纤维布弹性模量以及加固方式对钢管轴心抗拉极限承载力和延性的影响及其规律。研究结果表明，被加固杆件的轴心抗拉极限承载力得到了显著提高，最高可达20％左右，但同时其延性有所降低。随着碳纤维布纵向加固长度比的增大，钢管杆件的轴心抗拉极限承载力不断提高。钢管杆件的轴心抗拉极限承载力几乎不会受到碳纤维布厚度及其弹性模量的影响，但这两者的增大会导致杆件延性的降低。此外

7、，沿杆件截面全圆周加固的加固提高效果明显优于非全圆周加固；(2)应用ANSYS对经碳纤维布环向粘贴加固后的轴心受压杆件进行了屈曲分析，得到了碳纤维布纵向覆盖长度比、碳纤维布厚度及其弹性模量对杆件屈曲承载力和抗弯刚度的影响及其规律。研究结果表明，环向加固能够有效提高钢管杆件的特征值屈曲承载力以及非线性屈曲承载力，二者最多可分别提高19．7％和167．5％，加固效果十分可观。同时，钢管杆件的抗弯刚度得到了提高。杆件的特征值屈曲承载力显著受到碳纤维布厚度及其弹性模量的影响，且随二者的增大而提高。高模量、小厚度的碳纤维布利于杆件非线性屈曲承载力的

8、提高，且对其抗弯刚度的增大有利。特征值屈曲承载力随碳纤维布纵向覆盖长度比的增大而提高，且提高幅度随碳纤维布厚度及其弹性模量的增大而愈加显著。在全长加固情况下，杆件的非线性屈曲承载力提高幅度及抗