CFRP加固钢筋混凝土筒仓仓壁受力有限元分析

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钢筋混凝土筒仓具有容量大,占地小,施工比较方便,维修费用低等特点,因此被广泛广泛应用于煤炭、水泥、化工、电力、物流等领域中散状物料的储存。钢筋混凝土筒仓的仓壁是典型的圆柱薄壳结构,堆积在筒仓内的储料会对筒仓产生垂直于仓壁的水平侧压力和沿仓壁的竖向摩擦力。根据圆柱薄壳理论,垂直于仓壁的水平侧压力使仓壁产生环向拉应力,而竖向摩擦力使仓壁受压。环向拉应力的存在使钢筋混凝土筒仓的仓壁容易出现竖向的裂缝,降低钢筋混凝土筒仓的耐久性,并容易引发安全事故。同时在我国的钢筋混凝土筒仓设计规范颁布之前,已经有相当数量的筒仓建成并投入使用,当时设计人员对筒仓的贮料荷载和温度应力认识不足,其中的一些筒仓在荷载,地震灾害,环境的腐蚀等因素作用下已经破损严重,如不及时加以修复,会发生倒塌等危害生命财产安全的事故。对钢筋混凝土筒仓的加固,传统的方法是喷射纤维混凝土加固法和环向预应力加固法。采用纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymers,简称FRP)加固钢筋混凝土筒仓是一种新兴的加固方法,它利用树脂类结构胶将纤维增强复合材料粘贴在受损结构表面,与其共同工作,从而改善结构的受力性能,目前对其研究和工程应用很少。与传统的加固方法相比,FRP加固钢筋混凝土筒仓具有许多突出的优点,如不会损伤原结构,加固效率高,施工方便,维修费用低,质量易保证,附加荷载较低,耐久性好等。由于具有众多的优势,FRP加固钢筋混凝土筒仓的工程应用前景十分看好,对其研究也很有价值和必要。本文在查阅大量文献的基础上,根据相关的理论和实验研究,对以下问题进行了探索:1、总结FRP加固钢筋混凝土结构的研究和应用现状。根据我国的钢筋混凝土筒仓结构设计规范,应用筒仓贮料侧压力的计算公式,结合一个工程实例对钢筋混凝土筒仓进行了强度校核验算。介绍了FRP的材料特点,根据国内外学者的相关研究,及FRP加固圆柱薄壁壳的基本理论,建立在竖向压力和内部压力作用下,FRP加固圆柱薄壳结构的基本方程。2、以碳纤维增强复合材料(CFRP)加固某钢筋混凝筒仓为研究对象,考虑钢筋混凝土筒仓结构的材料非线性,利用大型有限元分析软件ANSYS对其进行数值模拟分析,得到CFRP加固下钢筋混凝土筒仓的应力分布,位移以及混凝土的裂缝分布情况,与未加固的筒仓进行比较分析。3、研究了不同的CFRP的加固位置、宽度、厚度、筒仓的几何尺寸对加固效果的影响。
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