cfrp加固h型钢梁精细有限元的分析

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1、DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterFINEFINITEELEMENTANALYSISONH-SHAPEDSTEELBEAMSTRENGTHENEDWITHCFRP(The12th-Five-YearPlan”NationalKeyTechnologiesR&DProgram(2012BAJ06B02))Candidate：JiangZhenyuStudentID:1100109138Asso.Prof.WangChunjiangSupervisor：SeniorE

2、ngineer.LiXiangminAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：StructureEngineeringSchoolofNavalArchitecture,Affiliation：OceanandCivilEngineeringDateofDefence：Jan,2013Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity万方数据万方数据万方数据上海交通大学硕士学位论文CFRP加固H型钢梁的精细有限元分析摘要碳纤维复合材料（C

3、FRP）因为具有轻质高强、耐腐蚀和方便施工等优越性能在工程加固中普遍使用。加固机理是利用树脂类胶结材料将碳纤维复合材料粘贴于钢材表面，从而达到对结构构件的补强加固及改善结构受力性能的效果。国内外有关人员对碳纤维加固钢结构进行了研究，但是仅对CFRP加固钢梁和组合梁进行了部分试验研究和理论分析，缺乏基于试验验证的大量系统化的精细有限元分析和模拟。本文所采用的扩展有限元计算理论为结构加固补强提供了方便的计算工具，它不仅能够模拟结构受力发展的全过程，而且能够避免网格重剖分的问题，在分析大变形、裂缝扩展、摩擦接触等不连续问题时具有明显的优势。既节约了试验所用的人力和资金，又

4、为结构加固设计和施工提供了理论保证。本文基于大型商业通用软件ABAQUS，利用扩展有限元法对碳纤维布加固H型钢梁建立的模型进行了精度验证，提出了“CFRP布—胶层—钢梁”有限元模型。利用此模型对受弯完好钢梁和损伤钢梁粘贴CFRP布加固前后的性能进行了分析，并对不同参数影响下的加固效果进行了讨论。所做工作包括：1、在查阅国内外关于FRP加固钢结构理论分析和试验研究的基础上，总结前人所做的理论与试验研究，提出课题的研究目的和主要内容。了解粘结过程，归纳各种粘结强度模型。2、从断裂力学的基本原理入手，详细介绍了扩展有限元法的基本原理并对ABAQUS中虚节点扩展有限元法的实

5、现方法进行了阐述。3、针对CFRP加固钢梁，在ABAQUS中用XFEM功能建立“CFRP布—胶层—钢梁”有限元模型，并把数值分析的结果和试验结果做了I万方数据上海交通大学硕士学位论文对比，结果表明本文介绍的模型是切实可行的、所得的结果是可靠的。4、利用“CFRP布—胶层—钢梁”有限元模型对受弯完好钢梁和损伤钢梁粘贴CFRP布加固前后的性能进行了比较分析，体现CFRP加固损伤H型钢梁的加固效果。比较模型中不同的胶层参数状态和不同的损伤钢梁参数状态下胶层粘结正应力和粘结剪应力的影响，对考虑塑性变形的极限状态设计给予指导。关键词：碳纤维布，加固，扩展有限元法，开裂损伤II

6、万方数据上海交通大学硕士学位论文FINEFINITEELEMENTANALYSISONH-SHAPEDSTEELBEAMSTRENGTHENEDWITHCFRPABSTRACTCarbonfiberreinforcedpolymer(CFRP)hasbeenwidelyusedinreinforcementengineeringbecauseithasmanyadvantageouscharacters,suchaslowweight,highstrength,anti-corrosionandsimpleconstruction.Theexistingreinfo

7、rcedsteelstructurescanbestrengthenedbyadheringCFRPonthesteelbeamsurfacetoimprovetheirmechanicalperformances．ManyresearchershavedonelotsofworkonCFRP.Buttheyonlypartiallyfocusedontestresearchworkandcorrespondingtheoryanalysis.ThefinefiniteelementworkinsystemonCFRPstrengtheningsteelbeam