二次受力下CFRP布加固混凝土矩形柱理论研究与非线性有限元模拟分析

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长期以来,受国外技术和产品严格封锁,我国CFRP材料研制国产率较低,直到2011年才研制出国产高性能CFRP产品,受此制约CFRP材料加固混凝土结构技术在我国也是近几十年来新兴的一门前沿学科,发展还不很成熟有待进一步研究。CFRP加固具有高强高效、施工程序简捷、适应面广、耐腐蚀性和耐久性良好等优点。目前国内外CFRP材料对混凝土柱子的加固主要存在以下问题:①对CFRP材料加固混凝土柱子的研究主要集中在圆形截面柱,而在实际工程中大量存在的是矩形(或方形)截面柱;②在实际加固工程中,将加固构件进行零卸载非常困难,加固过程中被加固结构存在初始应力问题,CFRP材料进行加固就存在二次受力现象,需要考虑其对加固效果的影响;③对于CFRP材料加固混凝土结构的研究大多都集中于梁、板等构件的受弯承载力提高上,并且形成了比较成熟的理论体系,而对于柱子的研究主要集中于素混凝土柱承载力上,故展开CFRP布加固RC矩形柱承载力的研究就非常有必要。针对上述问题本文展开研究,主要内容如下:1)在已有CFRP布加固混凝土柱子各力学模型基础上作进一步研究并对其受力全过程展开理论分析,根据叠加原理、强度代换原理推导二次受力情况下CFRP布加固混凝土矩形柱的抗压强度理论模型、极限压应变理论模型、应力–应变本构关系理论模型。2)在本文推导的二次受力情况下CFRP布加固混凝土矩形柱各力学模型基础上,结合已有试验数据和公式推导二次受力情况下CFRP布加固RC矩形柱的轴压承载力计算模型。3)根据推导的理论公式,分析各因素对侧向约束应力、抗压强度、极限压应变等力学性能的影响,并得出一系列重要结论。4)采用有限元数值分析软件ANSYS10.0,利用SOLID65单元和SHELL41单元分别模拟混凝土和CFRP布,对二次受力情况下CFRP布加固混凝土矩形柱的受力全过程进行动态模拟,并通过后处理器POST1和POST26进行非线性分析,验证理论推导及计算的正确性。
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