摘 要

由于纤维增强复合材料（FRP）材料具有较强的抗拉承载力和较高的耐腐蚀性等优点，可以弥补钢筋混凝土的缺点，近年来，在土木工程加固领域，受到了许多学者的关注。本文对一种FRP-混凝土组合梁进行了研究，利用有限元分析软件ABAQUS对组合梁的受力性能进行了模拟分析。具体工作如下：

（1）通过查阅大量的国内外文献，阐述了FRP-混凝土组合梁的研究现状。

（2）比较全面的总结了FRP材料的材料性能，并对几种常见的FRP材料的优缺点进行了阐述。

（3）对简化后的FRP-混凝土组合梁的抗弯承载力、挠度、抗剪承载力计算进行了理论分析。

（4）对FRP-混凝土组合梁的四点受弯实验进行了有限元分析，提取了荷载-挠度变化曲线以及中性轴随荷载的变化规律，并根据变化特点进行了受力过程分析，结果较为符合理论分析，说明建立有限元模型的方法比较可靠、合理。

关键词：FRP-混凝土组合梁；受力性能；ABAQUS；有限元

Abstract

Fiber reinforced composite (FRP) material has the advantages of strong tensile capacity and high corrosion resistance, which can make up for the shortcomings of reinforced concrete. In recent years, in the field of civil engineering reinforcement, it has attracted the attention of many scholars. In this paper, a FRP concrete composite beam is studied, and the mechanical properties of the composite beam are simulated by the finite element analysis software ABAQUS. The specific work is as follows :

(1) Through consulting a large number of domestic and foreign literature, the research status of FRP concrete composite beams is described.

(2) In this paper, the material properties of FRP materials are summarized comprehensively, and the advantages and disadvantages of several common FRP materials are described.

(3) In this paper, the theoretical analysis of the simplified FRP concrete composite beam is carried out.

(4) The four point bending experiment of FRP-Concrete composite beam is analyzed by finite element method. The load deflection curve and the law of the neutral axis changing with the load are extracted. According to the characteristics of the change, the stress process is analyzed. The results are in line with the theoretical analysis, which shows that the method of establishing the finite element model is more reliable and reasonable.

Key Words: FRP- concrete composite beam; Mechanical performance; ABAQUS; The finite element

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究的背景及意义 1

1.2 研究的基本内容及目标 1

1.2.1 基本内容 1

1.2.2 研究目标 1

1.3 论文的研究方法 2

1.4 FRP-混凝土组合梁国内外发展研究现状 2

1.4.1 FRP-混凝土组合梁国外研究概况 2

1.4.2 FRP-混凝土组合梁国内研究情况 5

第2章 FRP-混凝土组合梁的力学性能 7

2.1 FRP材料的力学性能 7

2.2 FRP-混凝土组合梁基本理论 9

2.2.1 本构关系 10

2.2.2 FRP-混凝土组合梁的抗弯承载力计算 11

2.2.3 FRP-混凝土组合梁挠度计算 13

2.2.4 FRP-混凝土组合梁的抗剪承载力计算 15

第3章 FRP-混凝土组合梁有限元分析 17

3.1 引言 17

3.2 ABAQUS介绍 17

3.3 ABAQUS模型构建 17

3.3.1 部件 18

3.3.2 对材料属性进行定义 20

3.3.3 装配 20

3.3.4 创建分析步 21

3.3.5 相互作用 21

3.3.6 载荷设置 22

3.3.7 网格划分 22

3.3.8 作业 23

第4章 ABAQUS结果分析 24

4.1 变形云图 24

4.2 荷载-位移变化曲线 25

结 论 28

参考文献 29

致 谢 30

第1章 绪论

1.1 研究的背景及意义

纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer或Fiber Reinforced Plastic简称FRP），是一种具有抗拉强度高、耐腐蚀、自重小等特点的新型材料，以其强度高、重量轻、施工方便、抗腐蚀性能好等优点在结构工程加固领域被广泛应用。但是如果FRP型材单独作为一种结构材料进行使用，就会有很大可能产生结构失稳的问题，经过长期研究，专家学者提出了FRP-混凝土组合结构的设计理念，这种组合结构是由FRP材料与混凝土结合而成的一种新的组合结构，由于FRP材料的抗拉承载力较高和混凝土材料的具有较强的抗压承载力，因此组合结构具有很高的承载力，这是FRP材料应用的一个重要研究方向。使FRP与混凝土具有较强的协同工作能力，不产生滑移，对FRP-混凝土组合结构良好的力学性能能否得以发挥起决定性作用¹。

FRP材料和混凝土组合在一起共同承担所施加的荷载，可以发挥这两种不同各自的优势，提高梁的承载力。但越来越多的研究表明，对于由两种或两种以上材料组成的组合梁，不同材料的协同工作能力是决定整个组合梁在使用寿命内能否正常工作的重要影响因素。具体来说，对于FRP-混凝土组合梁，在FRP材料与混凝土的承载力不变时，两者协同工作能力的大小对整个组合梁能否全面发挥自身的材料特性起到了决定性作用。因此，保证FRP材料与混凝土之间不产生滑移对最大限度的发挥材料特性，使FRP-混凝土组合梁达到极限承载力具有重要作用。

1.2 研究的基本内容及目标

1.2.1 基本内容

1.了解并熟悉新型FRP材料力学性能；