FRP加固混凝土梁跨中剥离破坏的非线性有限元分析

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1、汕头大学硕士学位论文摘要纤维复合材料（FRP）具有轻质高强、施工简易等优异性能，使其在混凝土加固中得到了广泛的应用。用FRP对混凝土梁进行抗弯加固时，跨中很可能发生保护层剥离破坏。剥离破坏使得加固梁的承载力和延性大幅降低，必须防止。本文研究保护层的剥离应力和破坏模式，为抗剥离设计提供参考依据。有限元方法是研究剥离破坏的工具之一，人们曾用有限元方法对整根FRP加固钢筋混凝土梁进行分析，探讨剥离破坏问题，但遇到模拟梁上裂缝等困难。汕头大学为了避开用有限元计算整根加固梁的难点，提出了简单可靠的“梁段”有限元分析模型，并利用ANSYS有限元软件进行讨论分析。注意到ABA

2、QUS具有较强的非线性分析的能力，本文围绕“梁段”模型，利用ABAQUS对FRP加固混凝土梁的跨中剥离破坏问题进行计算分析。本文先建立基于跨中“梁段”的简化力学模型，再用ABAQUS软件建立有限元模型，模型中考虑了模型的对称性、材料的非线性以及不同材料间的粘结关系。用一个算例演示了模型建立的全过程，计算中还考虑了“梁段”内部保护层开裂的因素，从而使分析过程更接近实际。根据有限元分析结果更深入地探讨了FRP加固混凝土梁跨中剥离的破坏机理。其后，本文考虑加固钢筋混凝土梁实际受弯过程，在前述模型基础上加入转角的影响。利用荷载作用下混凝土梁平均刚度计算截面转角，并对比分

3、析了考虑转角前后梁段保护层应力。结果表明，考虑转角模型的计算应力和不考虑转角模型的应力区别可以忽略不计。最后，本文利用建立的分析模型，参考工程实际，较详细探讨了不同几何参数、材料参数、界面本构和加载方式诸因素对FRP加固钢筋混凝土梁跨中剥离破坏的影响。结果表明，界面粘结滑移本构和FRP层数对梁跨中保护层的剥离应力影响最为显著。关键词：混凝土梁；纤维复合材料；加固；剥离；有限元；ABAQUSIII汕头大学硕士学位论文AbstractFibreReinforcedPolymer(FRP)hasbeenextensivelyusedinconcretestrength

4、eningfieldforitsoutstandingperformancesuchashighstrength-weightratioandsimpleconstructionprocess.WhileusingFRPtostrengthenreinforcedconcrete(RC)beamsforincreasingflexuralcapacity,peelingfailuremayhappenintheconcretecoverofbeammid-span.Thepeeling-offfailuremakestheloadcarryingcapacity

5、andductilityofthestrengthenedbeamstodecreasesignificantly.Thepeeling-offfailure,therefore,shouldbeavoided.Inthisthesis,peeling-offstressinconcretecoverandfailuremodeofbeammid-spanwereinvestigatedtoprovideareferenceforanti-peeling-offdesign.Finiteelementmethod(FEM)isoneoftheusefultool

6、stostudypeeling-off.FEMhadbeenusedtoinvestigatethepeeling-offfailurethroughananalysisonawholereinforcedconcretebeamstrengthenedwithFRP.Unfortunately,itisdifficulttosimulateallthecracksinawholestrengthenedbeam.ToavoidtheabovedifficultyinFEManalysis,asimpleandreliable“beam-segment”mode

7、lforFEMhadbeendevelopedbyShantouUniversity,andANSYSsoftwarehadbeenusedforthenumericalstudy.NoticingthatABAQUSsoftwarehasstrongcapabilitiesinnonlinearanalysis,thisthesisusesABAQUSsoftwaretoinvestigatethebondfailureofbeammid-spanbasedon“beam-segment”model.Atfirst,asimplemechanicalmodel

8、basedonbeam-