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CFRP片材加固H型钢梁的试验研究与数值分析

作　者: 张绪平
导　师: 丁克伟
学　校: 安徽建筑工业学院
专　业: 结构工程
关键词: CFRP片材 H型钢梁试验研究有限元分析线膨胀系数
分类号: TU392.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在各种工业与民用建筑中,存在大量的钢制构件。这些构件会受到自然环境的侵蚀、外部荷载作用或人为因素的破坏,鉴于社会资源的稀缺性和工程建设的经济性,需要对钢结构进行加固,传统的加固方法如焊接、铆接或把钢板粘结到结构损伤部位等都存在一定的问题(如应力集中和增加原结构的面积等),而CFRP片材加固修复损伤钢结构技术是一种新型、高效、实用的结构修复技术,与传统的钢结构修复方法相比,粘贴CFRP片材修复钢结构技术具有明显的优势。本文在已有研究资料的基础上,在CFRP片材加固钢构件的理论分析、试验研究和有限元分析方面做了一些工作,主要内容有以下几个方面：在理论分析计算方面,通过新建模型和将实体参数代入,得出CFRP片材与钢梁粘结界面应力随各种影响因素的变化情况和若干结论,同时,该分析对试验研究具有指导意义和彼此相互验证的作用。在试验研究方面,通过对粘贴不同厚度的CFRP片材的钢梁进行加载试验,分析不同的加载效果,得到一些有效的数据和结论。在已有试验研究的基础上,通过查阅相关文献和资料,发现对复合材料自身特性的研究较少,于是通过试验研究,得出关于复合材料自身性能的若干结论,对深入分析CFRP片材加固钢结构具有重要的意义。在有限元分析方面,通过采用“三维实体—桁架—壳元”单元模拟试验模型,得到了它们的应力云图、承载力和刚度等结论,对比分析试验数据与有限元分析结果,得出该种单元建模的效果较好,能够相对较为准确地反映实际情况。在论文的最后,总结了对粘结CFRP片材加固钢结构的理论分析、试验研究和有限元分析,指出了本文的创新之处和进一步研究的方向。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
插图清单  12-14
插表清单  14-15
第一章绪论  15-21
  1.1 研究背景  15
  1.2 工程结构现有的补强加固方法  15-16
    1.2.1 加大截面法  15-16
    1.2.2 包钢加固法  16
    1.2.3 粘钢加固法  16
  1.3 国内外对FRP加固钢结构的研究现状  16-17
    1.3.1 国外对FRP加固钢结构的研究现状  16-17
    1.3.2 国内对FRP加固钢结构的研究现状  17
  1.4 目前关于CFRP片材加固钢结构研究主要存在的问题  17-19
    1.4.1 复合材料的基本性能研究较少  17-18
    1.4.2 粘结应力的理论分析不够完善  18
    1.4.3 缺少有效的粘结锚固措施  18
    1.4.4 试验主要限于受弯钢结构的加固  18
    1.4.5 CFRP与金属之间的粘结耐久性能研究  18
    1.4.6 有限元分析模型有待于改进  18
    1.4.7 预应力CFRP加固钢结构  18-19
  1.5 本文的主要内容  19-20
    1.5.1 理论计算方面  19
    1.5.2 试验研究方面  19
    1.5.3 有限元分析方面  19-20
  1.6 本文拟解决的关键问题  20-21
第二章 CFRP加固H型钢梁的理论计算与加固实例  21-37
  2.1 理论计算所用材料简介  21
  2.2 粘结材料的选择  21-22
  2.3 钢梁与CFRP片材粘结界面的理论计算一  22-28
    2.3.1 粘接界面剪应力的求解  25-26
    2.3.2 粘接界面正应力的求解  26-28
  2.4 钢梁与碳纤维复合材料粘结界面理论计算二  28-31
  2.5 加固实例  31-34
    2.5.1 通过代入实常数计算得出粘结界面的剪应力变化  31-33
    2.5.2 通过代入实常数计算得出粘结界面的正应力变化  33-34
  2.6 本章结论  34-37
第三章关于碳纤维复合材料与粘结剂材料性能的试验研究  37-53
  3.1 试验所用材料与仪器的介绍  37-38
    3.1.1 试验材料  37-38
    3.1.2 试验仪器  38
  3.2 CFRP片材与粘结胶材料的本构关系测定与结果分析  38-44
    3.2.1 试验的目的  38-39
    3.2.2 材料弹性模量  39
    3.2.3 试验试件制作  39
    3.2.4 试验装置及方法  39-40
    3.2.5 试验结果及分析  40-44
  3.3 碳纤维复合材料线膨胀系数测定  44-47
    3.3.1 试验目的  44
    3.3.2 试验设计  44-45
    3.3.3 试验结果及分析  45-47
  3.4 试验中应注意的几个问题  47-50
    3.4.1 试验所用应变片  47-49
    3.4.2 选择粘合剂  49
    3.4.3 测点表面清理  49-50
    3.4.4 应变片的粘贴与干燥  50
    3.4.5 焊接导线  50
    3.4.6 应变片的粘贴质量检查  50
    3.4.7 防潮和防水处理  50
  3.5 试验结论  50-53
第四章 CFRP片材加固受弯H型钢梁的试验研究  53-65
  4.1 试验的目的  53
  4.2 试验材料的选用  53
  4.3 CFRP粘结加固受弯钢梁的试验  53-59
    4.3.1 试验方案  53-54
    4.3.2 测点布置  54-55
    4.3.3 试验控制荷载计算  55-56
    4.3.4 试验准备  56-57
    4.3.5 加载装置及试验过程  57-58
    4.3.6 本次试验的量测内容  58-59
  4.4 试验研究的结果与分析  59-64
    4.4.1 试验结果  59-60
    4.4.2 结果分析  60-64
  4.5 试验结论  64-65
第五章 CFRP片材加固受弯H型钢梁的有限元分析  65-83
  5.1 有限元分析简述  65
  5.2 有限元分析的目的  65
  5.3 模拟试验材料的选取  65-66
  5.4 ANSYS试验模型介绍  66-72
    5.4.1 基本假定  67
    5.4.2 单元类型  67-70
    5.4.3 材料属性  70-71
    5.4.4 网格划分  71-72
    5.4.5 约束和荷载  72
    5.4.6 求解  72
  5.5 ANSYS计算结果及分析  72-77
  5.6 ANSYS计算结果与试验结果对比分析  77-80
  5.7 有限元模拟结论  80-83
第六章本文结论与展望  83-87
  6.1 本文结论  83
  6.2 本文研究的创新点  83-84
  6.3 预期的研究方向  84-87
参考文献  87-91
致谢  91-93
作者简介及读研期间主要科研成果  93

CFRP片材加固H型钢梁的试验研究与数值分析

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