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横向包裹CFRP布加固混凝土柱试验研究及有限元分析

作　者: 吴汉升
导　师: 金波
学　校: 中国地震局工程力学研究所
专　业: 防灾减灾工程及防护工程
关键词: 横向 CFRP布 加固 振动台试验 阻尼比 数值模拟
分类号: TU746.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 61次
引　用: 1次
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内容摘要


CFRP加固混凝土技术是一种新型的结构加固改造技术。采用该项技术加固钢筋混凝土结构,能够恢复和提高旧有或受损伤结构的承载能力,延长结构寿命,满足后续使用需要。这样既消除了结构的安全隐患,巩固了结构的使用功能,又节省了大量的资金,必将带来巨大的社会效益和经济效益。本文主要对横向包裹不同层数CFRP布加固的钢筋混凝土柱进行了振动台试验研究,主要包括以下几部分的内容:1.首先简要介绍了FRP材料的基本性质、特点,而后又回顾了FRP材料在国内外的发展历程、应用情况和研究现状,并展望了FRP材料加固混凝土结构的应用前景和发展趋势,最后对本文的主要研究工作及课题意义作了说明。2.共制作了四个单层无梁混凝土框架结构作为试验模型,其中一个为对比模型,未进行加固,剩余的三个模型,分别横向包裹了一层、二层、三层CFRP布。采用经过时程压缩的EI-Centro(N-S)波模拟地震荷载作用,观察各个模型的破坏状况,通过位移计和加速度计测量台面及模型顶部的位移和加速度。对试验结果的分析,表明横向包裹CFRP布能够很好的提高混凝土柱的延性性能。3.利用对试验模型的模态分析,来研究采用CFRP布加固混凝土柱的抗震性能。通过分析振动台试验前后四个模型的自振频率和阻尼比的变化情况,可得知横向包裹CFRP布加固混凝土柱虽然不能有效地提高柱的刚度,但可以防止或抑制裂缝的产生、发展,显著地提高柱的抗剪承载力。另外,CFRP的加固量越大,其加固效果就越好。4.采用有限元软件ANSYS10.0对试验过程进行了数值模拟。本文对横向包裹一层、二层和三层CFRP布的试验模型在峰值加速度为0.33g的地震波作用下的整个过程作了数值分析。通过建立有限元模型,计算了模型的自振频率,采用时程反应分析模拟了试验模型的振动过程,得到了有限元模型的相对位移时程曲线,并将其与试验结果进行了对比。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-20
  1.1 引言  10
  1.2 FRP 材料的基本性质及在工程中的应用  10-16
    1.2.1 FRP 材料基本性质简介  10-13
    1.2.2 FRP 材料在土木工程中的应用  13-16
  1.3 FRP 材料的研究与发展  16-18
  1.4 本文的主要研究内容及意义  18-20
第二章 模型的试验分析  20-44
  2.1 CFRP 布包裹钢筋混凝土柱的抗震加固理论简述  20-25
    2.1.1 钢筋混凝土柱在地震荷载作用下的典型破坏模式  20-21
    2.1.2 加固方法  21-22
    2.1.3 加固柱的极限状态  22
    2.1.4 加固柱的弯曲延性  22-23
    2.1.5 加固柱的延性  23
    2.1.6 CFRP 约束混凝土矩形柱的理论模型  23-25
  2.2 试验模型的制作  25-26
  2.3 试验概况  26-29
  2.4 试验结果与分析  29-42
    2.4.1 试验模型的破坏形态  29-31
    2.4.2 力与位移的关系  31-37
    2.4.3 消除多项式趋势项及数据平滑处理方法  37-39
    2.4.4 试验数据处理  39-40
    2.4.5 试验结果分析  40-42
  2.5 本章小结  42-44
第三章 模型的阻尼特性分析  44-56
  3.1 阻尼的基本概念  44
  3.2 建筑结构阻尼机理  44-45
  3.3 试验模型阻尼比的测试方案及分析方法  45-50
    3.3.1 试验模型的简化及阻尼模型的选取  45-46
    3.3.2 试验模型有阻尼的自由振动  46-48
    3.3.3 阻尼比的具体测试方案  48-49
    3.3.4 阻尼比的分析方法  49-50
  3.4 阻尼比数据处理及结果分析  50-55
    3.4.1 概述  50-54
    3.4.2 数据处理  54
    3.4.3 结果分析  54-55
  3.5 本章小结  55-56
第四章 有限元分析  56-76
  4.1 采用ANSYS 分析CFRP 加固混凝土结构的研究现状  56
  4.2 横向包裹CFRP 加固的试验模型的有限元分析  56-75
    4.2.1 基本假定  56
    4.2.2 模型建立  56-60
    4.2.3 模态分析  60-62
    4.2.4 位移时程曲线  62-64
    4.2.5 ANSYS 的计算结果  64-72
    4.2.6 数值模拟结果对比分析  72-75
  4.3 本章小结  75-76
第五章 结论与展望  76-80
  5.1 全文总结  76-77
  5.2 工作展望  77-80
参考文献  80-84
致谢  84

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