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碳纤维加固钢筋混凝土结构作为一种新兴的、具有广阔前景的加固技术,能够带来巨大的社会效益和经济效益,具有深远的意义和研究推广价值。碳纤维加固混凝土结构是通过粘结材料将碳纤维和混凝土粘结在一起,协同工作,利用碳纤维轻质高强等优点加固结构,以提高结构的强度,改善刚度和延性。有限元方法作为一个强有力的数值分析工具,随着计算机的飞速发展,在钢筋混凝土结构非线性分析中起到了越来越重要的作用,得到了越来越广泛的应用。
首先,本文对国内外碳纤维布加固钢筋混凝土结构力学性能进行了归纳总结,在前人研究的基础上,根据基本假定和材料的本构关系,推导了碳纤维布加固钢筋混凝土梁正截面抗弯承载力的计算公式,引入了碳纤维折减系数,并对加固梁的刚度和延性进行了分析。
其次,介绍了有限元方法及ANSYS软件,对有限元分析过程有了初步的认识。在有限元模型的分析中,对单元类型及单元之间的联结、开裂与裂缝模型、屈服与破坏准则进行了详细的分析。针对本文研究的问题存在非线性,对非线性问题及其求解进行了探讨。
然后,运用有限元分析软件ANSYS编写APDL语言程序,建立了碳纤维加固钢筋混凝土梁的有限元分析模型,通过与文献试验对比,分析了碳纤维加固梁的强度、刚度。结果表明碳纤维加固后的钢筋混凝土梁抗弯承载力明显提高,刚度也有所改善,钢筋应变滞后、混凝土裂缝开展延缓,有限元分析结果与试验结果吻合较好。由此可见,本文建立的有限元模型基本体现了混凝土的非线性,较为合理,可进一步深入研究。基于此,本文对影响碳纤维加固效果的因素:温度、碳纤维布层数、配筋率、混凝土强度作了分析,以使实际工程中结构加固最优化,达到加固效果最佳。
最后,对本文的理论分析和数值模拟进行了概括和总结,得出了一些结论,并对下一步的研究进行了展望,提出了研究思路和方向。