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yielding good performance. Prestressed FRP reinforced concrete frame have a good early stiffness and a slight decrease in yield stiffness, ultimate load is stronger than normal reinforced concrete frame, but later the poor ductility. Ordinary steel- prestressed FRP reinforced concrete frame have a good stiffness under normal use, late stiffness better than the ordinary reinforced concrete frame, ductility better than the prestressed FRP reinforced concrete frame. For the less demanding of ductility of the structure, can use frame structure that consist of all the Prestressed Concrete Frame with FRP Tendons. For the higer demanding of ductility of the structure, can use frame structure that consist of mixed fame structure and the configuration depend on ductility.
Keywords: Fiber Reinforced Polymer reinforcement;Nonlinear; Finite element; Prestressed concrete frame
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目 录
摘 要 ...................................................... II Abstract .................................................... III 第一章 绪论 ................................................. 1 1.1 引言...................................................... 1 1.2 FRP筋的发展应用现状 ...................................... 2 1.2.1 FRP材料的构成 ........................................ 2 1.2.2 FRP的加工工艺 ........................................ 2 1.2.3 FRP筋的力学性能 ...................................... 4 1.3 预应力FRP筋混凝土结构的发展和应用........................ 6 1.3.1 国外.................................................. 6 1.3.2 国内.................................................. 7 1.4 本文的研究意义和可行性.................................... 8 1.5 本文研究的主要内容........................................ 9 第二章 有限单元理论及模型的建立 ............................ 11 2.1 有限单元法............................................... 11 2.1.1 有限元的概念......................................... 11 2.1.2 有限元的求解步骤..................................... 12 2.2 ANSYS 简介............................................... 13 2.2.1 ANSYS的主要分析过程 ................................. 13 2.2.2 ANSYS非线性分析 ..................................... 14 2.3 有限元模型的建立......................................... 15 2.3.1 单元的选取........................................... 15 2.3.2 材料属性............................................. 17 2.3.3 建模方法及预应力的施加............................... 19 2.3.4 建模中注意的几个问题................................. 19 第三章 模型的建立与验证 .................................... 21 3.1 概述..................................................... 21
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3.2 GFRP筋梁受弯模型及验证 .................................. 21 3.2.1 设计参数............................................. 21 3.2.2 模型的建立与计算结果................................. 22 3.2.3 计算值与试验值比较................................... 24 3.3 预应力AFRP筋梁受弯模型及验证............................ 26 3.3.1 设计参数............................................. 26 3.3.2 模型的建立与计算结果................................. 27 3.3.3 计算值与试验值比较................................... 29 3.4 GFRP筋框架节点模型及验证 ................................ 30 3.4.1 设计参数............................................. 30 3.4.2 模型的计算结果....................................... 31 3.5 小结..................................................... 32 第四章 预应力FRP筋框架抗侧性能的有限元分析 ................. 33 4.1 概述..................................................... 33 4.2 框架的设计............................................... 33 4.3 模型的建立与分析......................................... 35 4.3.1 模型的建立........................................... 35 4.3.2计算结果与分析 ....................................... 36 4.3.3 RC框架与PFRP框架抗侧性能对比 ....................... 43 4.4 PFRP框架抗侧性能影响因素分析 ............................ 45 4.4.1 有效预应力的影响..................................... 45 4.4.2 配筋率的影响......................................... 46 4.4.3 FRP筋弹性模量的影响 ................................. 47 4.5 小结..................................................... 48 第五章 RC—PFRP筋混凝土混合框架的抗侧性能分析 ............... 49 5.1 概述..................................................... 49 5.2 RC—PFRP框架的设计 ...................................... 49 5.3 模型的建立与计算分析..................................... 50 5.3.1 模型的建立........................................... 50
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5.3.2计算结果与分析 ....................................... 51 5.4 对比分析................................................. 56 5.5 小结..................................................... 57 第六章 结论和展望 .......................................... 58 6.1 结论..................................................... 58 6.2 展望..................................................... 58 参考文献 ..................................................... 60 作者在攻读硕士期间主持和参加的科研项目 ....................... 63 作者在攻读硕士期间发表的学术论文 ............................. 64 致 谢 ....................................................... 65
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第一章 绪论
1.1 引言
钢筋混凝土结构能较好的结合钢筋和混凝土两种材料的特性，并具有强度高、承载能力强、抗震性能好等优点，其广泛应用于土木工程领域，是我国目前的主要建筑结构形式[1]。目前在我国土木工程领域中，一年建筑消耗的钢筋量高达2800万吨，其中预应力筋的年消耗量大约在36万吨左右[2]，规模之大居世界前列。钢筋会因氯离子的腐蚀、混凝土碳化等环境因素的影响而产生腐蚀，最终导致其承载力降低，不但影响建筑结构的可靠度和正常使用年限，严重的还可能造成重大安全事故。现有的工程资料已经证实，欧盟和日本的沿海地区每年要面临因钢筋锈蚀引起的巨大经济损失[3]。在我国水利工程、桥梁、以及北方冬季使用防冻盐的地区，混凝土结构中预应力钢筋和普通钢筋的锈蚀问题也一直是工程界非常关注的问题[4]。
自20世纪60年代，一部分国外学者针对此问题开始了的研究和尝试，经过了半个世纪的摸索和实验，人们研制出了一种新型建筑材料即纤维增强聚合物材料(Fiber Reinforced Plastic)，简称FRP。FRP具有耐腐蚀，无磁性，抗拉强度高，自重小等优良的特性，既可以解决钢筋的锈蚀问题，又可以作为预应力筋使用充分发挥它的力学性能，目前已成为国内外土木工程界研究热点之一。
可是，普通钢筋与FRP筋的力学性能有很大差异。普通钢筋有明显的屈服点，屈服后，延性很好，使构件的破坏有明显预兆。FRP筋的屈服特征并不明显，在达到极限强度前，其应力—应变关系基本是线性关系，抗拉强度明显高于普通钢筋，但弹性模量相对较小。FRP筋的这些特性决定了FRP筋混凝土结构性能与普通钢筋混凝土结构性能存在较大差异。而目前我国对FRP筋混凝土结构性能的研究并不多，预应力FRP筋混凝土结构的研究则更少，FRP筋混凝土结构的制作、设计、施工等标准都没有制定，这些都制约了FRP筋混凝土结构在我国的广泛应用。所以，针对FRP筋力学性能的特点，有必要更进一步开展FRP筋及预应力FRP筋混凝土结构的研究工作，为FRP筋混凝土结构在我国土木工程领域的推广和应用提供借鉴意义。
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