碳纤维加固不同损伤钢筋混凝土梁的有限元分析

ＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ？？？顆士学位论文碳纤维加固不同损伤钢筋混凝土梁的题目：有限元分析：鱼莲作者姓名赵亚军副教授学校导师：企业导师：毕文雄高工工程领域：建筑与土木工程所在学院：土木工稈学院提交论文日期：１〇＿１＾年１１月 分类号：TU375密级：公开UDC：单位代码：10076工程硕士学位论文碳纤维加固不同损伤钢筋混凝土梁的有限元分析作者姓名：崔洋指导教师：赵亚军副教授企业导师：毕文雄高工申请学位级别：工程硕士专业领域：建筑与土木工程所在单位：土木工程学院授予学位单位：河北工程大学 ADissertationSubmittedtoHebeiUniversityofEngineeringFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringFiniteElementAnalysisofDamagedRCBeamsStrengthenedwithCFRPCandidate：CuiYangSupervisor：AssociateProf.ZhaoYajunPluralisticSupervisor：SE.BiWenxiongAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：ArchitectureandCivilEngineeringCollege/Department：CollegeofCivilEngineeringHebeiUniversityofEngineeringOctober,2018 独创性声明，独立进行研的学位论文，是本人在导师的指导下本人郑重声明：所呈交引用的内容外，本论文不含任何其他个人宄工作所取得的成果。除文中己经注明或集体，也不包含为获得河爿匕工程大塗或其他教己经发表或撰写过的研究成果育机构的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。签字日期：年月日学位论文作者签名丨２？外学位论文版权使用授权书工程大学有关保留、使用学位论文的。本学位论文作者完全了解河北■特桴叔河北工程大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据规定。。用影印、汇编以供查阅和借阅、缩印或扫描等复制手段保存库进行检索，并采同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档。位论文在解密后适用本授权说明）（保密的学学位论文作者签名签字日期：年Ｉ上月日签字曰期：年月曰导师签名：吟 摘要摘要纤维增强复合材料（FRP）是一种新型的高科技复合材料，起初FRP被应用于航空航天领域，现在已被土木工程行业广泛应用。相比其他的建筑材料，纤维复合材料拥有许多的优点：耐腐蚀、轻质高强、施工简单快捷、施工完成后无需养护等，被世界各国广泛的推广应用。基于FRP的研究现状，目前国内外的研究主要集中于未损伤的混凝土梁加固，本文针对损伤之后的再加固的钢筋混凝土梁进行了试验研究。进而通过ABAQUS有限元软件对试验进行了非线性有限元分析。本文的主要工作如下：首先，查阅相关的资料规范。对碳纤维加固材料的力学性能进行认识了解，并查阅国内外规范，总结碳纤维加固技术的方法理论。对比国内外的碳纤维加固规范，总结各国规范的异同和优缺点；对不同的规范提出了改进建议。其次，设计、制作一组三根相同的试验梁。并设计了以是否损伤，是否加固两组变量的试验梁的正截面抗弯承载力试验。试验结果表明：无论梁是否损伤，粘贴碳纤维都能有效的提高混凝土梁的极限承载能力，并且还能有效的抑制混凝土梁的裂缝发展速度。最后，本文运用ABAQUS有限元软件对试验进行了模拟。通过模拟对试验做了相应的补充和参考。通过比较有限元与试验数据的吻合程度，证明有限元对试验数值模拟的可靠性。进而，又在此基础上分析了不同损伤程度的钢筋混凝土梁加固后，力学性能变化。关键词：损伤钢筋混凝土梁；有限元模拟；碳纤维加固；抗弯承载力；Ⅰ AbstractAbstractFiberReinforcedPolymer(FRP)isanovelmaterialwhichwasoriginallyappliedinaerospacefieldandhaswidelyservethecivilengineeringindustry.Comparedwithotherbuildingmaterials,fibercompositesexhibiteexcellentcorrosionresistance,lightquality,highstrengthenednomaintenanceafterconstruction.BasedonthecurrentresearchstatusofFRP,thedomesticandforeignresearchesmainlyfocusonthereinforcementofundamagedconcretebeams.Inthispaper,theexperimentalresearchonreinforcedconcretebeamsreinforcedafterdamageisconductedwithfutherfiniteelementsimulationusingABAQUSsoftware.Themainworkofthispaperisasfollows:First,checktherelevantdataspecifications.ThemechanicalpropertiesofCFRPreinforcementmaterialsareunderstood,andthemethodsandtheoriesofCFRPreinforcementtechnologyaresummarized.ComparingthedomesticandforeigncodesofCFRPreinforcement,summarizingthesimilaritiesanddifferences,advantagesanddisadvantagesofnationalcodes;Suggestionsforimprovementofdifferentspecificationsareproposed.Secondly,designandmakeagroupofthreeidenticaltestbeams.Theflexuralcapacitytestofthenormalsectionofthebeamisdesignedtotestwhetherthebeamisdamagedorstrengthened.Theexperimentalresultsshowthatpastingcarbonfibercaneffectivelyimprovetheultimatebearingcapacityofconcretebeamsandrestrainthecrackdevelopmentofconcretebeams.Finally,theexperimentwassimulatedbyusingABAQUSfiniteelementsoftware.Thecorrespondingcomplementsandreferencesaremadethroughthesimulation.Bycomparingthecoincidencedegreebetweenthefiniteelementsoftwareandthetestdata,thereliabilityofthefiniteelementsoftwaretothetestnumericalsimulationisproved.Furthermore,themechanicalpropertiesofreinforcedconcretebeamsstrengthenedwithdifferentdamagedegreesareanalyzed.Keywords:damagereinforcedconcretebeams;finiteelementsimulation;CFRPreinforcement;flexuralbearingcapacityⅡ 目录目录摘要································································································IAbstract··························································································II第1章绪论...................................................................................................................................11.1概述..................................................................................................................................11.2结构加固技术方法概述..................................................................................................31.3纤维复合材料加固技术的特点......................................................................................41.4纤维复合材加固技术的研究现状..................................................................................51.5本文的主要研究内容......................................................................................................81.5.1研究内容...............................................................................................................81.5.2研究方法...............................................................................................................91.6本章小结........................................................................................................................10第2章碳纤维加固受弯构件正截面承载力计算.....................................................................112.1基本假定........................................................................................................................112.2基于中国标准的正截面承载力计算............................................................................112.2.1基础梁承载力计算.............................................................................................112.2.2加固梁承载力计算.............................................................................................122.3基于澳洲标准的正截面承载力计算............................................................................142.3.1基础梁的正截面承载力计算.............................................................................142.3.2加固梁的正截面承载力计算.............................................................................152.3.3通过美国标准对加固梁进行计算校核.............................................................172.4不同规范计算之间的对比分析....................................................................................192.4.1不同国家规范之间的异同.................................................................................192.4.2对以上加固计算的建议.....................................................................................202.5本章小结........................................................................................................................20第3章碳纤维复合材料加固混凝土梁试验.............................................................................213.1引言................................................................................................................................213.2试验设计........................................................................................................................213.2.1试件的基本信息.................................................................................................213.2.2试验梁的制作养护.............................................................................................223.2.3混凝土和钢筋的实测强度.................................................................................223.2.4碳纤维材料和粘结胶的材料性能.....................................................................233.3加固方案........................................................................................................................243.3.1碳纤维加固施工工艺流程.................................................................................243.3.2碳纤维的加固方案.............................................................................................253.4试验方案........................................................................................................................263.4.1试验梁状态.........................................................................................................26Ⅲ 目录3.4.2加载方案及试验装置.........................................................................................263.4.3试验测点布置和量测方案.................................................................................283.4.4破坏准则.............................................................................................................293.5试验过程及现象............................................................................................................293.5.1beam-1试验加载过程及现象............................................................................293.5.2beam-2试验加载过程及现象............................................................................313.5.3beam-3试验加载过程及现象............................................................................323.6试验分析........................................................................................................................333.6.1试验承载力分析.................................................................................................333.6.2荷载-挠度的分析...............................................................................................343.6.3混凝土应变分析.................................................................................................353.6.4钢筋和碳纤维应变对比分析.............................................................................363.7试验结果分析................................................................................................................373.8本章小结........................................................................................................................37第4章ABAQUS有限元模拟与分析.......................................................................................384.1引言................................................................................................................................384.2ABAQUS软件的介绍..................................................................................................384.3ABAQUS混凝土的本构模型......................................................................................394.3.1混凝土的本构模型.............................................................................................394.3.2塑性损伤模型.....................................................................................................414.4碳纤维和钢筋的本构模型............................................................................................424.4.1碳纤维的本构模型.............................................................................................424.4.2钢筋的本构模型.................................................................................................434.5ABAQUS中有限元模型的建立..................................................................................444.5.1单元类型.............................................................................................................444.5.2模型的建立.........................................................................................................444.5.3网格的划分.........................................................................................................454.5.4损伤梁加固模拟的主要方法.............................................................................464.6有限元模拟结果分析....................................................................................................464.6.1beam-1模拟结果分析........................................................................................464.6.1.1beam-1的挠度分析.........................................................................................464.6.1.2beam-1的损伤分析.........................................................................................474.6.2beam-2模拟结果分析........................................................................................484.6.2.1beam-2的挠度分析.........................................................................................484.6.2.2beam-2的损伤分析.........................................................................................494.6.3beam-3模拟结果分析........................................................................................504.6.3.1beam-3的挠度分析.........................................................................................504.6.3.2beam-3的损伤分析.........................................................................................504.6.4不同损伤的结果分析.........................................................................................514.7本章小结........................................................................................................................52结论与展望.....................................................................................................................................53结论.........................................................................................................................................53展望.........................................................................................................................................54Ⅲ 目录致谢................................................................................................................................................55参考文献.........................................................................................................................................56个人简介.........................................................................................................................................59Ⅲ 第1章绪论第1章绪论1.1概述伴随着我国改革开放基本国策的持续推行和不断深入，国家在经济、科技实力等方面也有了较大的提升，进而我国的综合国力也相应得到进一步提高。土木工程作为国家城市基础建设的实体框架支撑，取得了卓越的发展。在国家经济、科技水平快速发展的大前提下，与土木工程领域相关的各方面技术也日趋完善，无论是建筑结构的设计理论、建筑材料的选择与运用还是建筑结构的设计计算方法等，都形成了较为成熟的理论体系，并且已经成为世界领先水平。据统计，截止2016年底，在我国100m以上的建筑物的数量已经达到千余栋，此外，我国高层建筑的数量也突破了2万栋。大部分的城市建设已经基本完成。同时，还有高铁、高速公路、跨海大桥等等。人们的住房越来越舒适，交通出行也越来越方便[1-2]。但是，这些飞速的发展的背后也暴露出来许多问题。由于结构的各种原因，比如：（1）建筑物的老化，随着时间的发展，我国的建筑行业已经从发展期开始向老化时期迈进，所以发展期的一些建筑物已经开始出现老化现象，再有一些纪念性、或者具有珍贵历史意义的建筑物，这些老化的建筑物可能因为各种客观条件的约束，所以无法拆除进行重建，还有一些珍贵的建筑物在自然因素的影响下也需要鉴定和加固。（2）抗震标准的提高，一些重要的建筑物，起初的设计达不到现在的抗震功能的标准。现在我们国家在经历了汶川地震之后，特别重视建筑物的抗震性能。所以，那些重要的建筑物就必须要提高建筑抗震等级。结构加固就能使建筑物在不出现较大结构形式改动的情况下提高建筑物的抗震等级。（3）使用功能的改变，一些建筑前期的设计满足不了后期的使用功能要求。而使用功能的改变不仅会改变建筑物所承受的荷载，有的甚至会改变整个结构的传力体系。所以对结构的稳定性非常不利，必须对结构进行加固以提高建筑物的稳定性。（4）当初设计的不足或者在工程的建设过程中的缺陷，这些也需要我们对结构进行维修加固。（5）还有火灾、地震等等自然灾害造成的损害。由于我国疆土面积大，造成了我国东西南北各个地区的地质地貌、水文情况、天气状况等各不相同。各个1 河北工程大学硕士学位论文地区由于地形地貌和所在地区的地质情况问题会相应的面临一些不同的自然灾害，例如地震、龙卷风、洪水等。除此之外，还有一些人为的火灾、爆炸等意外事故都对建筑物造成不利的影响。据统计显示[1]，我国每年受到风灾害的影响就要损坏30万间房屋，每年发生火灾高达6万余起，灾难过后需要对损伤建筑物进行加固维修，以保证这些建筑物还能够保持正常的服务状态。以上这些问题使得结构不得不进行后期的加固处理，采取相应的加固措施使建筑结构的承载能力和使用寿命得到延长（图1-1）。因此在工程界中对建筑结构进行加固逐渐的成为了一个热点问题，结构加固逐渐成为一项具有现实意义和深远影响的重大研究课题。并且根据我国建筑行业的发展规律，结构加固的行业发展具有非常广阔的前景，结构加固为我国的建设起到推动作用。(a)使用功能改变(b)荷载增大(c)结构受到损害(d)纠正设计或施工失误图1-1各种原因下要进行的结构加固Fig.1-1Structuralreinforcementforvariousreasons2 第1章绪论1.2结构加固技术方法概述对于混凝土结构的加固，国内外已经探讨研究出了许多不同的方法。在国内已经有了很多种结构加固的技术，比如：增大截面加固法、体外预应力加固法、增设支点加固法、粘贴钢板加固法、粘贴纤维材料加固法等等[2]这些加固技术均能有效地提高结构的力学性能，并且还具有各自的特点。（1）增大截面加固法增大截面加固法就是在原来构件的基础上，增加钢筋混凝土构件的截面面积。增加受力钢筋，并且在其周围浇筑混凝土，这种方法可以使新浇筑的混凝土与旧混凝土相互配合，共同对结构构件承载力起到改善作用。我国使用增大截面加固法的经验比较丰富，加上工艺简单、受力可靠等优点，现以被我国广泛应用。但是，其缺点为新浇筑的混凝土需要重新的养护，养护的时间比较长，并且现场湿作业工作量大等致使其应用受到了不小的限制。所以，现在此方法被广泛应用于梁、板、柱这几种结构构件的加固。（2）体外预应力加固法体外预应力加固法，即通过在结构体外施加具有预应力钢筋等，以达到对结构构件施加预应力。因为施加预应力的材料不同，则使现在的体外预应力加固方法分为以下几种：①以普通钢筋施加预应力加固法；②以普通高强钢绞线施加预应力加固法；③以无粘结高强钢绞线施加预应力加固法；④以型钢为预应力撑杆加固法。其特点为：通过施加预应力后能够改变原来体系的受力特征，并且还能有效的消除加固后最容易出现的应力滞后的现象，能有效的减少构件的变形、减少裂缝等等。但是，此方法在结构加固的运用有一个最明显的限制，就是被施加体外预应力的混凝土构件的混凝土强度等级不得低于C40。这样以来其使用范围被大大的减少。（3）增设节点加固法增设支点加固法即对受力的结构构件增加支撑点的个数，间接的改变结构构件受力的计算跨度。从而来减少结构的内力，间接的增大整体的承载力。这种加固法不仅简单可靠，并且对于后期的改变还能容易进行拆卸，利于抢险工程，或者临时加载构件的应用。其缺点是，增加支点必须要有足够的空间供其使用，在一定程度上受到空间限制。（4）粘贴钢板加固法粘贴钢板加固法就是在钢筋混凝土构件的表面用专用的结构胶粘贴钢板，之后通过钢板和构件的共同受力，以达到提高构件整体承载力的加固方法。粘贴钢板加固法的施工简单快捷，现场湿作业少，并且不需要后续的养护工作，所以，3 河北工程大学硕士学位论文具有有很大的优势。但是，又因为特殊的受力性能，此方法被规定只适用于钢筋混凝土受弯、受拉、大偏心受压构件的加固。（5）粘贴纤维复合材加固法粘贴纤维复合材加固法和粘贴钢板加固法比较类似。粘贴纤维复合材加固法同样是用纤维专用的结构胶将纤维复合材粘贴到需要加固的混凝土构件的表面，通过纤维复合材料抗拉强度高的特点，代替钢筋（或钢板），达到提高构件的承载能力或者延性的目的。为了充分发挥材料的受力特征，此方法仅适用于加固混凝土大偏心受压构件和受弯、受拉、轴心受压构件。1.3纤维复合材料加固技术的特点FRP（纤维增强塑料）是一种高性能纤维，起初它主要被应用于航天工业。其包括碳纤维（CFRP）、玻璃纤维（GFRP）等等。由于，纤维复合材料具有耐腐蚀、强度大、密度小等等优点；后来逐渐在土木工程中被推广应用。碳纤维材料（CFRP）由于具有更加良好的粘结性、耐热性等特点，所以更加适合于土木工程的应用。碳纤维加固的特点[16-18]：（1）高强轻质。碳纤维的弹性模量是2.3×105MPa其抗拉强度是钢筋的十倍达到了3400MPa。并且，碳纤维织物克重限值为300g/mm2，所以，每平方米增加一层碳纤维的重量增加小于1kg。和钢筋相比，碳纤维的强质比是钢筋40倍。（2）稳定的化学性质。由于碳纤维材料具有稳定的化学性质，所以不容易受到外界环境的侵蚀而发生化学反应。通过碳纤维加固后的构件，碳纤维在构件的外部还能对内部构件起到保护作用。这样以来又间接的提高了构件的整体性能。（3）施工简便。碳纤维加固法的施工工艺不同于增设节点法或者增大截面法，不需要混凝土的浇筑，也不受施工空间的限制。仅仅需要对表面进行简单的处理之后，涂刷相应的结构胶然后进行粘贴即可。粘贴加固时不需要大型的施工机械，不需要后期的养护工作，不需要现场的湿作业施工。施工快捷简单，见效快，效果明显。（4）施工质量容易保证。对施工技术的要求不高，施工流程简单，仅对平面进行简单的处理，然后进行粘贴即可。处理后的平面平整即可。对于没有相关工程施工经验的人员，进行简单的培训之后就可以进行加固工作。（5）使用范围广。碳纤维材料不同于钢筋，虽然碳纤维具有抗拉强度大的特点，但是其柔性也很好。实际工程中，可根据需求对碳纤维进行任意裁剪，不受形状的影响；不同种类的结构形状，不同的结构部位都可以应用。施工结束后，还不会改变原结构的形状，轻巧美观。4 第1章绪论1.4纤维复合材加固技术的研究现状1.4.1国外研究现状国外对于纤维复合材料的研究一直较早，尤其是对于CFRP材料的研究，最初主要应用于航天材料，早在上个世纪七十年代材料的技术就已经成熟。到20世纪80年代，由于材料的优越性能，可以使用其代替钢板来对混凝土结构进行加固，所以逐渐开始被应用于建筑与土木行业。在此之后的十年间，纤维复合材料加固混凝土结构的方法在各国之间就得到了飞速的发展。以各大名校，研究机构作为领军，对纤维复合材料加固法进行了大量的基础实验研究。随着研究的深入和发展，已经被建筑行业广泛的使用。对于纤维材料加固混凝土的技术，在各个国家也都形成或制定了行业规范和标准。其中，日本由于地震多发，大量的建筑物急需抗震加固，所以日本对于此项技术的研究和规范的制定都早于其他国家。1993《FRP加固混凝土结构设计指南》是世界上第一个纤维复合材料的设计指南，由日本建筑学会（AIJ）制定和颁布。后来日本土木工程协会于1996年又颁布了《连续纤维材料补强加固混凝土结构物的设计及施工规程》，这项规程不仅指导了纤维复合材料的加固设计，而且还对加固技术的施工工艺做出了全面的规定和补充。极大地推动了纤维复合材料应用的步伐。而美国，因为盐害对于建筑结构的危害，对于复合材料的加固技术的研究也比较重视。1993年，美国混凝土协会召开了第一届钢筋混凝土结构的FRP增强国际会议，在会后还成立了专业委员会（ACI440）专门从事此项技术的研究和调查工作。在1999年2月推出了《FRP外贴加固混凝土结构设计与施工指南》并于08年推出新版对此规程做了更新和补充。此项规程综合了世界大量先进的实验数据和应用实例，在经过多年的分析总结完成的。此规程对于外贴纤维复合材料加固的方法提供了多样的设计计算方法，和诸多的材料选择；并且对施工方法等等都做出了详细指南和建议。尽管如此，对于纤维加固混凝土结构，其受力复杂，并且各种原因都会影响或导致其破坏，还有就是实际的需要加固的工程往往会有复杂的工况或者环境。而相关的行业标准或指南只针对简单的工程情况，并不能针对不同的结构损伤情况或者实际的受力情况。所以仍有许多的问题需要我们来解决，对于结构加固技术的应用研究还需要继续。MarcoArduini[3]等等对碳纤维加固的试验梁进行了大量的试验，研究了不同的因素对加固效果的影响，其中包括：两种不同的加固方案、两种混凝土表面的处理、两种不同的混凝土梁截面、和不同的纤维复合材料的层数。通过分析对比其挠度曲线，和破坏模式，对其加固效果进行评估。最终得出：使用CFRP加固后的梁的加固效果明显，力学性能有了显著地提高和改善，但是其中一些变量对5 河北工程大学硕士学位论文其加固效果的影响不大。Lam,Teng[4]用90°锚钉锚固CFRP条（图1-2），以此用来加固钢筋混凝土悬臂受弯板。他们把锚钉沿悬臂长度使用，以有效阻止钢筋混凝土板的裂纹导致的CFRP条从自由端脱粘受弯传播。图1-290°锚钉锚固CFRP条Fig.1-290°anchorboltsanchorCFRPI.E.Harik,M.ASCE[5]等人通过对2根基础梁和12外贴碳纤维布的加固梁进行四点弯的试验研究。得出了相同的条件下，经过锚固后的碳纤维材料加固混凝土梁，其抗弯强度提高了58%左右。而未经过锚固的加固梁，其强度提高了49%。上述的研究表明，首先纤维复合材料能够有效的提高被加固结构的强度，其次，粘贴的纤维材料必须要经过必要的锚固措施，并且合适的锚固措施能够明显的增加加固效果，提高纤维复合材料的利用率。近年来，仍有不少关于此方面的研究。AliSiad,LuaayHussein[6]等（2017）对腐蚀损害后的混凝土梁用纤维复合材料加固修复。经过承载力试验之后，和基础梁进行对比。发现修复之后的梁尽管挠度发生了下降的现象，但是修复之后混凝土梁的承载能力几乎可以恢复到损伤之前的程度。MuhammadIkramulKabir,MahbubeSubhani[7]等人（2018）测试了用不同材料修复并用CFRP加固的混凝土梁的力学性能。此外，还建立了理论模型，为预测修复梁的极限弯矩承载力提出了设计准则。LUYi-yan[8]等人（2016）通过对比碳纤维布和钢板加固的钢筋混凝土梁的抗弯疲劳性能，研究了梁刚度的退化和挠度的发展过程，最后针对疲劳荷载下的承载力做了相关的假设，和理论分析。结果表明假设和理论分析与试验结果相一致。对于有限元现在也已经有很多研究，NasrZ.Hassan[9]等人（2017）通过用ANSYS模拟了碳纤维和玻璃纤维的加固同一种的钢筋混凝土梁的效果，并对比两种方案的对加固效果的影响。结果表明，玻璃纤维能和碳纤维一样为加固构件提供相同的承载力强度。RamiA.Hawileh[10]等人（2012）通过ANSYS模拟纤维复合板材的长度和纤维材料与混凝土的剥离破坏之间的关系，证明了有限元的模型能够有效的模拟实验的情况。进过对比试验和模拟的荷载-跨中挠度之间的关6 第1章绪论系，表明实验结果和模拟结果能够吻合。之后，又通过此模型做了更加深入的研究，对比了用U型碳纤维材料对混凝土梁进行包裹下的加固性（图1-2），最后表明经过U型包裹后的混凝土梁的能够有效地减缓加固材料与混凝土材料间的脱粘，整体梁的加固效果有明显的提高。图1-3纤维材料U型包裹Fig.1-3FibermaterialU-shapedpackage也有不少通过ABAQUS对混凝土梁进行模拟，H.K.Lee[11]等人（2008）对抗剪能力不足的混凝土梁进行了模拟，并且模拟了用碳纤维复合材料加固后的效果，模拟结果和试验结果对比良好。结果表明，对于有没有箍筋的剪力段加固效果更为明显；ABAQUS不仅能成功的模拟试验，还能通过此模型做进一步的预测研究。ShiyongJiang[12]等人（2018）用ABAQUS软件成功的验证和模拟了纤维复合材料加固混凝土梁的试验，并且通过有限元模型成功预测了时间蠕变对混凝土加固梁的影响。Y.Tao[13]等人（2015）研究了ABAQUS中的塑性损伤模型对复合材料加固混凝土梁性能的影响，作者研究了塑性损伤模型对混凝土和复合材料之间粘结性能的影响，最后提出了一种简单且可靠的有限元模型，这种模型能够模拟混凝土和纤维复合材料之间的粘结性能，并且数值模拟的结果和试验结果能够吻合。1.4.2国内研究现状对于纤维复合材料的加固研究，我国于20世纪90年代就开始了方面的研究。并且先后出台了GB50367-2013《混凝土结构加固设计规范》和CECS146:2003《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》等等。这些都对纤维复合材料加固修复混凝土结构起到了奠基和指导的作用。也对我国基础结构建设的发展和结构加固技术的发展起到了推动作用。国内的工作有：吴刚、安琳[15]等人（2000）对20根CFRP加固钢筋混凝土梁的抗弯承载力试验通过控制不同变量的方法，对破坏特征、承载力、刚度等等做了对比研究。7 河北工程大学硕士学位论文并对破坏特征做了力学解释，对设计方法做了分析。许峰、徐礼华[16]等人（2014）用体外预应力CFRP筋对钢筋混凝土梁进行了体外加固，然后测试梁的受弯性能。与未加固梁相比，施加过预应力的梁明显提高了抗弯承载力。并且对于开裂后再加固的钢筋混凝土梁的延性大于未开裂梁。董江峰[17]等人（2011）对8根碳纤维加固的矩形截面梁进行了静力试验。其中四根进行抗剪加固，四根进行抗弯加固。结果说明：无论进行抗弯或者抗剪加固，使用碳纤维进行加固后，梁的力学性都能明显提高。邓朗妮、陆云鹏[19]（2017）对5根侧贴碳纤维加固的混凝土梁和一根基础梁进行了抗弯承载力试验；并对梁的承载能力、荷载-挠度曲线及裂缝的发展进行了对比分析。试验结果表明，侧贴碳纤维材料也能够有效的提高构件的极限荷载和构件的刚度，减小裂缝的发展情况。其加固效果明显，证明侧贴纤维材料能够作为一种有效的提高钢筋混凝土梁承载力的加固方法。熊辉霞、张耀庭[20]等人（2009）对体外预应力梁和体内预应力梁的动力测试得到了梁的动力参数并运用损伤理论进行了分析。对于碳纤维加固混凝土的试验，国内已经做了大量的研究。但是对于有限元的模拟做的还是较少。王海良、常伟[21]等人对6根混凝土梁进行了抗弯承载力试验并用ANSYS进行了有限元分析，研究了不同复合材料层数下，梁的承载力和破坏模式。结果表明ANSYS能够准确的模拟外贴BFRP材料加固混凝土梁的力性能，粘贴纤维复合材料能够有效的提高损伤混凝土梁的承载能力。聂建国、王宇航[22]（2013）对ABAQUS中的混凝土本构模型进行了综合的研究和对比。指出了ABAQUS提供的三种混凝土本构模型的适用范围，着重选择了塑性损伤模型和弥散开裂模型，对两种本构模型的破坏准则进行了对比研究。对于单调加载的受弯构件两种模型都能准确的反应混凝土的宏观力学性能，计算结果相差不大。1.5本文的主要研究内容1.5.1研究内容通过对国内外研究现状的分析，并结合国内纤维复合材料加固技术的发展情况。发现对于纤维复合材料加固技术的研究还不够成熟，加固规范和技术仅仅针对于简单的受力情况下的加固。尤其是受损加固后的混凝土结构，此方面的研究还是较少。所以本文结合现有的研究和理论基础，通过碳纤维复合材料加固混凝土梁的抗弯承载力性能试验研究，分析记录了试验的全过程，并梁的破坏做了深入的研究。通过有限元数值分析软件，建立合理的数值模型，与试验进行对比研究。论文的主要内容如下：（1）综合国内外分析碳纤维复合材料加固混凝土结构的研究现状，分析了8 第1章绪论现在研究中的不足，确定本文的主要的研究方向和方法。（2）总结国内外不同的规范和基础理论计算，对纤维复合材料加固的钢筋进行抗弯设计计算，对不同理论计算得出的结果进行对比分析。对混凝土梁进行抗弯承载力试验，记录试验过程，对试验现象分析对比，探讨混凝土梁的力学性能差异和变化。（3）制作试验所需要的试验梁。制定试验方案，确定试验所需测试的内容，合理的布置测点和应变片。设计加固方案，严格控制施工技术完成对混凝土梁的加固。（4）通过ABAQUS建立合适的有限元模型，确定不同材料之间的本构关系。将试验结果和有限元分析的结果进行分析，对比起挠度荷载曲线、极限承载力，分析破坏过程。1.5.2研究方法根据上述结构加固的问题和研究现状，本文拟采取理论、试验、模拟三者相结合的方法进行本次研究：图1-4研究方法图Fig.1-4Rresearchmethods9 河北工程大学硕士学位论文1.6本章小结本章首先对现在的建筑行业做了分析，从而指出了结构加固的必要性，并简要分析了结构加固的前景，确定了对纤维复合材料研究的重要性。又分析了现在国内外纤维复合材料加固混凝土技术的研究现状。最后，介绍了本文的主要研究内容和研究方法。10 第2章碳纤维加固受弯构件正截面承载力计算第2章碳纤维加固受弯构件正截面承载力计算2.1基本假定根据我国现行的《混凝土结构设计规范》[25]GB50010-2010和《混凝土结构加固设计规范》[2]GB50367-2013。并参考：澳洲混凝土规范AS600-2009、美国混凝土规范ACI318-2011和美国的CFRP加固指南ACI440.2R-08。对此次试验梁分别进行了加固前后梁的正截面的承载力计算和校核。并根据以上规范对计算做出了如下基本假定：（1）平截面假定：钢筋和混凝土的应变与中性轴的距离成正比。整个受力过程中（无论受力前还是受力后），截面应保持平面；（2）不考虑混凝土的抗拉强度；（3）由混凝土的应力应变关系决定其压缩应力的分布，并且其应力应变曲线假设是由公认的简化方程定义的；（4）纵向受拉钢筋的极限拉应变为0.01。2.2基于中国标准的正截面承载力计算2.2.1基础梁承载力计算根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010[26]又做出了的如下的假设：混凝土的极限受压应变为0.0033，且混凝土受压的应力应变关系如下：当ε