碳纖維增強復(fù)合材料(CFRP)加固鋼管柱力學(xué)性能數(shù)值分析.pdf

1、近些年來，隨著中國鋼材產(chǎn)量的提高以及生產(chǎn)技術(shù)的進步，越來越多的大型結(jié)構(gòu)工程將采用鋼結(jié)構(gòu)。同時，鋼結(jié)構(gòu)以其質(zhì)量輕、強度高、跨越能力強等獨特的優(yōu)勢也被更多的橋梁工程師所青睞，2015年中國出臺了《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計規(guī)范JTG D642015》，這更加說明鋼結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為橋梁的主要結(jié)構(gòu)形式之一。然而橋梁運營環(huán)境惡劣以及荷載作用復(fù)雜等特點使鋼結(jié)構(gòu)所具有的穩(wěn)定、疲勞、斷裂、腐蝕等缺陷變得更為突出，一直是工程界的難題。而傳統(tǒng)的鋼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)往往存在缺

2、陷，碳纖維增強復(fù)合材料（CFRP）加固技術(shù)的產(chǎn)生則恰好可以彌補傳統(tǒng)加固方法的不足。
　　鋼管構(gòu)件是橋梁工程中常用的受壓構(gòu)件，而目前，有關(guān)于碳纖維加固鋼管受壓構(gòu)件的研究則較為有限，因此，本文將針對碳纖維加固鋼管柱做進一步的研究。依托現(xiàn)有的碳纖維加固鋼管柱試驗結(jié)果，對其進行數(shù)值分析，并借助數(shù)值結(jié)果對纖維材料的受力性能、加固機理及穩(wěn)定承載力的計算進行探討。本文所做主要工作及結(jié)論如下：
　?。?）提出一種碳纖維加固鋼管柱的有限元分析

3、方法，并將數(shù)值計算結(jié)果與碳纖維加固鋼管短柱試驗結(jié)果進行對比，驗證有限元方法的合理性。在此基礎(chǔ)之上，對加固構(gòu)件中纖維材料的加固機理以及相關(guān)參數(shù)進行分析。結(jié)果表明，加固構(gòu)件的穩(wěn)定承載力隨碳纖維加固層數(shù)的增加按線性增長，同時碳纖維布的加固效率隨構(gòu)件初始幾何缺陷以及徑厚比的增加而增加，隨長細比的增加而減小，建議當鋼管柱長細比大于15時采用纖維沿縱向鋪設(shè)的加固方式。環(huán)向鋪設(shè)碳纖維材料對于圓形截面鋼管柱的加固效率大于矩形截面鋼管柱。
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4、）對碳纖維布加固鋼管長柱進行有限元分析，并根據(jù)試驗及數(shù)值計算結(jié)果，分析加固構(gòu)件中纖維材料的加固機理以及受力性能。結(jié)果表明，加固構(gòu)件穩(wěn)定承載力的提高主要源于纖維材料表現(xiàn)出了一定的抗壓剛度，且其抗壓彈模隨加固層數(shù)的增加而增加。碳纖維加固鋼管長柱穩(wěn)定承載力的計算，可采用換算截面法按柏利公式或中國現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范GB50017-2003》進行計算。
　?。?）通過編制計算程序，采用纖維模型法對碳纖維布加固鋼管長柱進行數(shù)值分析，考慮纖維