碳纖維增強(qiáng)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(lái)，隨著中國(guó)鋼材產(chǎn)量的提高以及生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，越來(lái)越多的大型結(jié)構(gòu)工程將采用鋼結(jié)構(gòu)。同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)以其質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、跨越能力強(qiáng)等獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)也被更多的橋梁工程師所青睞，2015年中國(guó)出臺(tái)了《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范JTG D642015》，這更加說(shuō)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(yùn)營(yíng)環(huán)境惡劣以及荷載作用復(fù)雜等特點(diǎn)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(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）加固技術(shù)的產(chǎn)生則恰好可以彌補(bǔ)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(duì)碳纖維加固鋼管柱做進(jìn)一步的研究。依托現(xiàn)有的碳纖維加固鋼管柱試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行數(shù)值分析，并借助數(shù)值結(jié)果對(duì)纖維材料的受力性能、加固機(jī)理及穩(wěn)定承載力的計(jì)算進(jìn)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(jì)算結(jié)果與碳纖維加固鋼管短柱試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證有限元方法的合理性。在此基礎(chǔ)之上，對(duì)加固構(gòu)件中纖維材料的加固機(jī)理以及相關(guān)參數(shù)進(jìn)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(zhǎng)，同時(shí)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(zhǎng)細(xì)比的增加而減小，建議當(dāng)鋼管柱長(zhǎng)細(xì)比大于15時(shí)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(duì)于圓形截面鋼管柱的加固效率大于矩形截面鋼管柱。
　　（2

4、）對(duì)碳纖維布加固鋼管長(zhǎng)柱進(jìn)行有限元分析，并根據(jù)試驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算結(jié)果，分析加固構(gòu)件中纖維材料的加固機(jī)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(zhǎng)柱穩(wěn)定承載力的計(jì)算，可采用換算截面法按柏利公式或中國(guó)現(xiàn)行《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017-2003》進(jìn)行計(jì)算。
　　（3）通過(guò)編制計(jì)算程序，采用纖維模型法對(duì)碳纖維布加固鋼管長(zhǎng)柱進(jìn)行數(shù)值分析，考慮纖維