预应力筋混凝土框架的抗侧性能有限元分析 FRP涂志锋 武汉理工大学 I
（申请工学硕士学位论文）
预应力FRP筋混凝土框架的抗侧
性能有限元分析
培 养 单 位：土木工程与建筑学院 学 科 专 业：结构工程 研 究 生：
指 导 教 师： 副 教 授
200年1月
武汉理工大学硕士学位论文
分类号 UDC
密 级
学校代码 10497 学 位
论 文
题 目 预应力FRP筋混凝土框架的抗侧性能有限元分析 英 文 Finite Element Analysis of Lateral Resistance of 题 目 Prestressed Concrete Frame with FRP Tendons 研究生姓名 指导教师 姓名 职称 副教授 学位 工学博士
单位名称土木工程与建筑学院 邮编 430070 申请学位级别 工学硕士 学科专业名称 结构工程 论文提交日期 2010年10月 论文答辩日期 2010年11月 学位授予单位 武汉理工大学 学位授予日期 答辩委员会主席 评阅人
2010 年 11 月I
武汉理工大学硕士学位论文
独 创 性 声 明
本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。
签 名： 日 期：
学位论文使用授权书
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研究生（签名）： 导师（签名）： 日期
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武汉理工大学硕士学位论文
摘 要
相对于普通钢筋而言，FRP筋具有高强度、低密度、耐腐蚀，耐疲劳等许多优点，目前已成为国内外土木工程领域研究的热点之一。预应力FRP筋结构可有效控制过大的变形和开裂，使得FRP筋的高强度的得以充分的利用。将“高强、高刚”的预应力FRP筋混凝土结构组合到延性较强的钢筋混凝土结构中去，弥补了普通钢筋混凝土结构在超载条件下抗侧刚度的不足的弱点；反过来，普通钢筋混凝土结构也弥补了预应力FRP筋混凝土结构延性不足的弱点。参照已有的研究成果，预应力FRP筋框架梁在竖向荷载作用下，正常使用极限状态的变形和裂缝控制以及承载力极限状态的预兆要求均能够满足，因此，本文的研究重点是预应力FRP筋框架及混合框架结构的抗侧性能。
本文根据相关文献的实验成果，采用有限元计算方法，首先建立普通钢筋混凝土框架和预应力FRP筋混凝土框架的有限元模型，对两者的抗侧性能进行比较，并对预应力FRP筋混凝土框架的抗侧影响因素进行分析；然后进一步建立两跨普通钢筋—预应力FRP筋混凝土混合框架模型，并与两跨普通钢筋混凝土框架和两跨预应力FRP筋混凝土框架的抗侧性能进行分析比较。分析研究得出以下几点结论：
1. FRP筋的配筋率和弹性模量对预应力FRP筋混凝土框架抗侧性能影响较大；有效预应力的增加也可以适当提高框架的抗侧性能，但比前两者稍小。
2．普通钢筋混凝土框架和预应力FRP筋混凝土框架，在正常使用条件下两者的抗侧刚度均较大。框架屈服后，普通钢筋混凝土框架的延性要优于预应力FRP筋混凝土框架，但极限抗侧能力要低于预应力FRP筋混凝土框架。
3．普通钢筋混凝土框架，在屈服前刚度较好，屈服后延性性能好；预应力FRP筋混凝土框架，在屈服前刚度较好，屈服后刚度稍有下降，抗侧极限荷载大于普通钢筋混凝土框架，但后期延性较差；两跨普通钢筋—预应力FRP筋混凝土混合框架，在正常使用条件下刚度较好，后期刚度高于两跨普通钢筋混凝土框架，延性性能要优于两跨预应力FRP筋混凝土框架。
研究成果表明，对于延性要求一般的结构，可采用全部由预应力FRP筋框架组成的框架结构，该类型结构具有较高的失效后强度和刚度；对于延性要求较高的结构，可采用预应力FRP筋框架结构与普通钢筋混凝土结构相混合框架结构，该类型结构的失效后强度和刚度略高，并具有较好的延性性能。 关键词：FRP筋，非线性，有限元，预应力混凝土框
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Abstract
Comparing with ordinary steel, FRP reinforced possess high strength, low density, corrosion resistance, resistance to fatigue and many other advantages. Currently, it has become a hot research field of civil engineering at home and abroad. Structure with Prestressed FRP bars can be effectively controlled excessive deformation and cracking and take full advantage of the high-strength of FRP tendons. Using the high-strength structure with Prestressed FRP bars into the ductile reinforced concrete structures, can make up for lateral stiffness under overload conditions. In turn, reinforced concrete structure aslo make up for FRP reinforced concrete structure weakness of insufficient ductility. The light of existing research results, normal state of deformation and cracking and a sign bearing capacity requirements of Prestressed Concrete Frame with FRP Tendons are able to meet the requirements under vertical loads. Therefore, this study focuses on lateral performance of the Prestressed Concrete Frame with FRP Tendons and mixed Concrete Frame.
In this paper, using of existing test results and the finite element method to establish the framework of reinforcedconcrete and prestressed FRP reinforced concrete frame of the finite element model. Then compare the performance of the lateral, and analysis of prestressed FRP reinforced concrete frame lateral factors. And further using of the existing mode to extabilsh a two-span ordinary steel- prestressed FRP reinforced concrete frame and to compare with two-span ordinary reinforced concrete frame and two spans prestressed FRP reinforced concrete frame. Draw the following conclusions:
1 FRP reinforced ratio and the elastic modulus are the main factors of lateral performance of concrete frame with prestressed FRP reinforced. The increase in effective prestress framework can also be an appropriate increase in the lateral performance, but slightly smaller than the former two.
2 Reinforced concrete frame and prestressed FRP reinforced concrete frame both under normal conditions of use are greater lateral rigidity. After yielding, the ductility of ordinary reinforced concrete frame is better than prestressed FRP reinforced concrete frame, But the ultimate lateral load is lower than the prestressed FRP reinforced concrete frame.
3 Reinforced concrete frame have a better early stiffness and ductility after
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