基于碳纤维加固具有钢筋锈蚀的混凝土梁承载力的有限元分析

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1、武汉理工大学硕士学位论文碳纤维加固具有钢筋锈蚀的混凝土梁承载力的有限元分析姓名：王仪申请学位级别：硕士专业：结构工程指导教师：瞿伟廉20070501武汉理工大学硕士学位论文摘要近年来，碳纤维增强复合材料(CarbonFiberReinforcedPolymer,CFRP)作为一种高性能的非金属加强材料在复合材料领域异军突起．由于其材料价格和制作费用比较昂贵，碳纤维最初主要用于军工和航天等高科技领域。随着生产工艺的改进和生产的产业化，碳纤维逐渐转向民用领域，尤其近年来在土木工程领域的应用得到十分迅速的发展。碳纤维补强的基本材料是将高强

2、度或高弹性模量的连续碳纤维，单向排列成束，用环氧树脂浸渍形成为碳纤维增强复合材料片材。将片材用专门配制的环氧树脂粘贴在结构受拉面，树脂固化后与原结构形成新的受力复合体，纤维片即可与钢筋共同受力．由于纤维片分担了荷载，就降低了钢筋的应力，而使结构得到加固补强。本文首先综述了国内外对钢筋混凝土梁钢筋锈蚀问题的研究现状和研究成果，分析了CFRP加固技术的发展过程与应用现状，接着从钢筋混凝土梁的钢筋锈蚀出发，利用大型通用有限元分析软件ANSYS，分别对钢筋锈蚀后钢筋混凝土梁的承载力性能和采用CFRP加固后钢筋混凝土梁的承载力性能进行分析。对

3、于考虑钢筋锈蚀的钢筋混凝土梁的承载力性能分析，本文在考虑钢筋锈蚀引起的钢筋截面损失和粘结强度下降的基础上，建立了钢筋混凝土梁分离式模型，通过非线性有限元分析，讨论了钢筋混凝土梁承载力性能的变化，分析了锈蚀前后钢筋的粘结滑移问题，并分别讨论了钢筋直径、混凝土保护层厚度和混凝土强度等级对锈蚀后钢筋混凝土梁承载力的影响效果，分析结果与实际结构得到较好的吻合。对于采用CFRP加固锈蚀钢筋混凝土梁的承载力性能分析，本文以粘结层单元模型为主，探讨了接触单元模型在模拟CFRP与钢筋混凝土梁粘结性能方面的效果，在充分考虑各种材料非线性性能的基础上，

4、对加固前后钢筋混凝土梁的承载力性能进行分析。结果表明，采用CH【P加固钢筋混凝土梁加固效果良好，梁的承载力性能得到提高，钢筋的相对滑移量明显减小，通过对CFRP布应力应交位置分布的分析，讨论了CFRP与钢筋混凝土梁容易发生剥离破坏的位置，为今后进一步的试验研究和理论分析提供了参考。关键词：碳纤维布，锈蚀，加固，有限元武汉理工大学硕士学位论文ABSTRA(玎Inrecentyears，theCarbonFiberReinforcedPolymer(CFRP)hasagooddevelopingasakindofhi。ghperform

5、ancenonmetalReinforcedmaterialinthecompoundmaterialrealm．Becauseofthehighexpensesofthematerialandcreation,thecalbonfibermainlyusedforthehigh-techrealmsatthebeginning,suchasthesoldierworkandaerospace⋯etc．Alongwiththeimprovementofthemanufacturecraftandtheindustrializatio

6、noftheproduction,thecarbonfiberchangesdirectiontothepublicrealmgradually,gettingaparticulardevelopmentintheapplicationofthecivilengineeringinrecentyears．Thebasicmaterialofreinforcedfiberisthecontinuousfiberwithhighstrengthorhighelasticmodule．whicharraythebundleatsingle

7、direction,andsoakagetoformtheFiberReinforcedPlastics．BecausetheCFRPsharetheloadwiththereinforcingsteelbar,which'stressisreduced,theconstructionsgetrehabilitatedandstrengthened．Atfirst,thispapersummarizesthedomesticandinternationalresearchconditionandresultsofreinforced

8、concretebeamonsteelbarcorrosionproblem,analyzesthereinforcingtechnicaldevelopingprocessandappliedconditionofCFRP，then