纤维增强复合材料加固钢结构构件力学性能研究

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纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymers,简称FRP)以其质轻、受力途径明了、抗拉强度高(为钢材的2-10倍)等优点,被广泛应用于钢结构加固技术。基于环保、资源节约的理念,对于受损钢结构不能简单地以旧换新,从而受损钢结构进行加固再利用的技术应运而生,并且在我国得到了长足的发展。FRP加固钢结构技术,具有不产生次应力,耐久性较好,施工简单等优点,具有广阔的应用前景。本文以粘贴FRP加固钢结构构件作为研究对象,对该构件进行了相关公式推导、试验和有限元模拟,主要内容有:为研究粘贴FRP加固轴心受压钢柱的力学性能,对1根未加固的试件和7根粘贴FRP的加固试件进行静力加载试验,得到8根试件的荷载-位移关系曲线,通过分析曲线可知加固后试件极限承载力显著提高,除此之外分析了加固柱FRP层数、初始负载程度以及加固方式等参数对承载力的影响。基于已有加固柱静力加载试验,本文对FRP加固轴心受压钢结构的承载力公式进行推导,即利用等效截面法与我国现行规范结合的方法,推出其承载力公式,并利用ABAQUS软件对不同截面的加固构件进行模拟,验证其承载力公式的可行性。最终通过修正,得出FRP加固承载力的计算公式,对实际工程有一定的参考价值。基于ABAQUS软件,对试验中加固试件的受力破坏过程进行有限元模拟。建立有限元模型之后,将有限元模拟结果与试验结果对比,验证了所建模型是基本可靠的。基于所建有限元模型,将影响粘贴FRP加固轴心受压钢柱承载力的FRP层数、钢管宽厚比等参数进行分析。由分析结果可知:FRP层数的确定需要考虑经济与性能两方面的影响而得出最优加固层数,钢管截面的宽厚比越大,构件承载力越小。为研究粘贴FRP加固钢梁的力学性能,本文基于参考文献对FRP加固钢梁中FRP的应力分布公式进行了分析研究。本文基于参考文献中的部分FRP加固钢梁试件的试验研究,对FRP加固钢梁建立基本准确的有限元模型。基于有限元模型,对影响FRP加固钢梁承载力的FRP层数、FRP长度、损伤深度等参数进行分析。由分析结果可知:FRP长度不宜满铺,需要得出性价比最优的长度,防止浪费;FRP加固效果显著,承载力甚至超过了完好未加固钢梁的承载力,因此钢梁受损尽可能采取加固处理地方式而非直接替换。
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