碳纖維布加固圓鋼管軸心受力有限元分析及試驗(yàn)研究.pdf

1、建筑加固業(yè)作為建筑行業(yè)的一個(gè)重要分支,受到了工程界越來(lái)越多的重視。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,簡(jiǎn)稱CFRP)加固技術(shù)作為一種較新型的加固補(bǔ)強(qiáng)方法,已在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)以及砌體結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域得到了較為成熟的研究及應(yīng)用,相關(guān)的加固規(guī)范、規(guī)程也已出臺(tái)。然而,對(duì)于這項(xiàng)技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域的理論研究及工程應(yīng)用卻還很少。目前,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的加固補(bǔ)強(qiáng)依舊以傳統(tǒng)方法為主,主要包括螺栓連接、焊接、粘

2、鋼等。這些傳統(tǒng)加固方法擁有成熟的理論且施工操作簡(jiǎn)單易行,但同時(shí),我們也不可忽視它們所帶來(lái)的焊接殘余應(yīng)力、截面削弱、應(yīng)力集中等諸多問(wèn)題。碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固技術(shù)以其自身優(yōu)異的材料性能以及加固施工工藝上的諸多優(yōu)勢(shì),能夠很好地彌補(bǔ)傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)加固方法的不足。本文在充分了解了傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)加固方法并查閱了已有的碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固鋼結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的研究文獻(xiàn)的基礎(chǔ)之上,另辟蹊徑,將加固研究對(duì)象放在鋼結(jié)構(gòu)中常用的圓鋼管上,采用有限元分析與試驗(yàn)研究相結(jié)合

3、的方法,探究碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固對(duì)圓鋼管軸心受力性能的影響及其規(guī)律。
　　 本文所做的研究工作及其成果如下:
　　 (1)應(yīng)用ANSYS對(duì)碳纖維布縱向粘貼加固軸心受拉圓鋼管進(jìn)行了靜力計(jì)算,對(duì)比分析了碳纖維布縱向加固長(zhǎng)度比、碳纖維布厚度、碳纖維布彈性模量以及加固方式對(duì)鋼管軸心抗拉極限承載力和延性的影響及其規(guī)律。研究結(jié)果表明,被加固桿件的軸心抗拉極限承載力得到了顯著提高,最高可達(dá)20％左右,但同時(shí)其延性有所降低。隨著碳纖維

4、布縱向加固長(zhǎng)度比的增大,鋼管桿件的軸心抗拉極限承載力不斷提高。鋼管桿件的軸心抗拉極限承載力幾乎不會(huì)受到碳纖維布厚度及其彈性模量的影響,但這兩者的增大會(huì)導(dǎo)致桿件延性的降低。此外,沿桿件截面全圓周加固的加固提高效果明顯優(yōu)于非全圓周加固;
　　 (2)應(yīng)用ANSYS對(duì)經(jīng)碳纖維布環(huán)向粘貼加固后的軸心受壓桿件進(jìn)行了屈曲分析,得到了碳纖維布縱向覆蓋長(zhǎng)度比、碳纖維布厚度及其彈性模量對(duì)桿件屈曲承載力和抗彎剛度的影響及其規(guī)律。研究結(jié)果表明,環(huán)向加

5、固能夠有效提高鋼管桿件的特征值屈曲承載力以及非線性屈曲承載力,二者最多可分別提高19.7％和167.5％,加固效果十分可觀。同時(shí),鋼管桿件的抗彎剛度得到了提高。桿件的特征值屈曲承載力顯著受到碳纖維布厚度及其彈性模量的影響,且隨二者的增大而提高。高模量、小厚度的碳纖維布利于桿件非線性屈曲承載力的提高,且對(duì)其抗彎剛度的增大有利。特征值屈曲承載力隨碳纖維布縱向覆蓋長(zhǎng)度比的增大而提高,且提高幅度隨碳纖維布厚度及其彈性模量的增大而愈加顯著。在全長(zhǎng)