第 1 章 绪论
1.1 引言
目前，钢结构在我国内已发展了几十年，且钢结构工程还在持续增加。由于钢结构使用条件的改变、出现裂缝等原因，迫使结构在未达到极限时就发生破坏。钢结构工程中，框架柱多为压弯构件，且当前实际工程中大量钢结构工程已投入使用较长时间，随着人民日益增长的生活需求，钢结构工程还在不断增加，传统的加固技术逐渐成熟，同时较有利的加固技术也得以研究。
新中国成立早期，我国建造了大量的钢结构桥梁和厂房，改革开放以来钢结构建筑更是日益增多，早期的很多钢结构建筑目前已接近或超过设计使用年限，使用要求、运行条件及环境大部分有所改变，在某种程度上无法达到现有需求，重新建造的成本较大，因此须对钢结构进行必要的加固。
钢材作为一种绿色建筑材料，具有自重轻、施工方便、抗震性好且截面选择灵活等优势，钢材的优点使得其在相同外荷载下与其他材料相比所需截面面积减小，也就造成了钢构件长细比较大容易失稳的弱点。钢结构工程中，框架柱多为压弯构件，且实际工程中轴向受压的理想构件几乎不存在，由于构件在加工运输中会产生缺陷（包括截面凹凸不平，实际受力偏心及在制造运输过程中造成的损伤等），大部分设计为轴压的构件都是压弯构件，因此对钢结构压弯构件的加固十分重要。
现有对钢结构的加固方法很多，其中加大构件截面面积和加强节点强度的应用较多，前者主要在原构件侧面和横截面焊接钢板、粘贴钢板及碳纤维布；后者则是在连接的节点处外包钢、螺栓加固、搭接钢板和粘贴碳纤维布。随着科学技术的发展和大量钢结构工程的实施，传统的加固技术更加成熟，同时较有利的加固技术也得以研究。由大量的理论研究、数值模拟、试验研究和工程实践表明，碳纤维（CFRP）加固技术在钢筋混凝土结构中的加固效果较好，加固钢结构也切实可行，且加固后钢结构的拉伸性能、疲劳寿命、刚度、耐腐蚀性等都得到提高。
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1.2CFRP 材料研究背景
碳纤维早期研究始于航天航空领域，而后在土木及医疗用品方面扩展开来。目前CFRP 在修复、加固土建结构设施等方面的应用及研究已颇具规模，价格也比其早期进驻土木领域有所降低，由于 CFRP 拥有高比强、高耐腐蚀性、导电及易施工等特点，成为了很好的加固修复材料，近年来占据了日本的大部分住宅建筑材料。
传统的加固方法虽然技术较成熟，但有增加结构自重、造成新的损伤及加快钢构件腐蚀等缺点，CFRP 材料不仅加固效果良好，且很好的解决了这一系列问题。国外对 CFRP 材料的研究较早，早期研究局限于航空等领域，国内则在 1980 年左右逐渐引进到土木工程中，起初研究多在混凝土结构加固领域，在科技的发展与进步下，CFRP 加固钢结构的研究逐渐增多。国内目前关于碳纤维加固钢结构设计施工还没有形成统一的规范，期望通过本文的试验和数值模拟对我国碳纤维加固压弯钢构件的研究和推行提供技术指导和实践参考。
从经济适用的角度考虑，部分建筑物可以避免拆楼重盖，碳纤维布加固成本较传统方法差距不大，且施工灵活方便，更易操作。影响加固效果的因素较多，粘贴碳纤维之前需对钢构件粘贴部位清洁处理，保证胶体能涂刷上，碳纤维布粘贴后能有效受力。探讨多层粘贴 CFRP 能否增强加固效果，不同偏心构件加固后极限承载力是否得到较好提高，分析 CFRP 布层数、偏心距、构件长细比等因素对压弯钢构件的影响，
更经济合理的使用 CFRP。
当然 CFRP 加固技术也有缺点，包括施工环境、胶体在成型过程中产生的热应力及加固过程中对 CFRP 材料的损害等问题，还需要一一解决。
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第 2 章 CFRP 布加固压弯钢构件极限承载力试验研究
2.1 试验目的
近年来，碳纤维材料已经广泛用于厂房、桥梁等金属结构的加固补强工程中。钢结构作为土木工程中非常重要的结构形式之一，改革开放以后其建筑逐渐增多，应用范围越来越广。目前在役钢结构建筑中由于使用期限接近或超过结构的设计使用年限以及运营环境、使用要求改变等因素，钢结构的加固需求越来越多。传统的加固方法虽然技术纯熟，但存在使结构自重增加、加快腐蚀、施工不便等缺陷。随着建筑领域的不断发展，传统的建筑材料并不能很好的满足人们日益增长的物质需要，人们越来越倾向于选择节能环保具有可靠性建筑材料。
研究人员在不断的探索中，应运而生了纤维增强复合材料，其作为土木工程中的加固补强修复材料得到了一定程度的应用，其中碳纤维复合材料，由于其各种性能相对优异，在土木工程上的研究较为广泛。
碳纤维布的加固方法很好的改善了传统加固方法的不足。近年来已经逐渐被研究用于砌体结构、木结构、金属结构、钢筋混凝土结构等的加固。
实际工程中大部分受力钢构件受力较为多样性，其中碳纤维加固压弯钢构件的研究并没有得到充分完善，钢结构工程中，纯压、弯、剪、扭的构件较少，所以从实际角度出发，本试验对压弯钢构件采用 CFRP 布加固，通过改变各截面试件的长细比、偏心距及粘贴 CFRP 布的层数，来探讨各个因素对压弯钢构件极限承载力的影响。
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2.2 材料性能试验
在进行 CFRP 布加固压弯钢构件的试验前，需进行待试验钢构件材料性能测试试验，具体内容如下：
试验截取钢构件上未进入屈服阶段的钢板，每种截面截取三片钢板，采用的钢构件尺寸根据 GBT228.1-2010《金属材料室温拉伸试验方法：室温试验方法》取得，分别对材性试验钢板进行编号，方形（空心）截面钢构件编号为 F1-3、圆形（空心）截面钢构件编号为 Y1-3、槽型钢构件编号为 C1-3、角钢构件编号为 J1-3。图 2.1-（a）为方形、圆形（空心）截面钢构件尺寸和角钢构件尺寸，图 2.1-（b）为槽型钢构件尺寸。试验构件取样部位根据标准 GB/T 2975-1998《钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》取得，钢板试件具体取样位置如图 2.2 所示，图 2.3 是从需要材性试验的构件中截取加工成型后的钢板试件。
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3.1 引言.............................. 29
3.2 ABAQUS 简介............................... 29
3.3 有限元模型的建立............................ 29
第 4 章 CFRP 布加固压弯钢构件极限承载力理论分析....................... 43
4.1 引言................................... 43
4.2 压弯裸钢构件的极限承载力计算方法........................43
4.3 CFRP 布加固压弯钢构件的极限承载力计算公式............ 44
第 5 章 初始缺陷对 CFRP 布加固压弯方钢管构件的影响........................49
5.1 引言............................................ 49
5.2 试件的初始缺陷................................49
5.3 有限元建模............................50
第 5 章 初始缺陷对 CFRP 布加固压弯方钢管构件的影响
5.1 引言
实际工程中，会由于各种原因造成钢结构构件的缺陷，而这些缺陷对对构件的承载力有着不小的影响，大多数情况下应予以考虑。初始缺陷大致可分为三类：构件的初弯曲与初扭转为几何缺陷；构件的初偏心与初倾斜为荷载缺陷；初始残余应力为材料缺陷。
本章运用 ABAQUS 来模拟具有初始缺陷的 CFRP 布加固方钢管构件，与第 3 章未考虑初始缺陷的 CFRP 布加固方钢管进行比较，分析两者的差异，并进行总结。
初始缺陷不仅仅会影响结构的失稳破坏，还会使大跨度钢桁架发生屈曲，李汇[60]指出可以通过改善吊装方案来减少屈曲的发生。胥银华[61]指出整体初始缺陷对不同的长细比的薄壁箱型受压构件的影响不同，长细比较大、较小构件对整体初始缺陷敏感性较弱，其中长细比 60 左右较为敏感。
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第 6 章 结论与展望
6.1 结论
本文分析了国内外研究现状及相关资料，对国内外 CFRP 加固混凝土、砌体、钢结构等的疲劳寿命、受弯构件、轴心受压构件的研究现状进行归纳总结。贴合国内关于 CFRP 加固压弯钢构件的研究有待完善的需要，从实际工程角度考虑，以 CFRP 加固压弯钢构件为研究对象，通过改变构件长度、偏心距、CFRP 粘贴层数等因素，探讨 CFRP 加固后压弯构件的稳定性。
通过设计不同截面、长细比不同的钢构件 40 根进行试验研究，采用单向碳纤维布对构件竖向加固，对试验结果进行分析，探讨具体因素对钢构件承载力的影响。试验结果表明粘贴 CFRP 布可以不同程度提高压弯方钢管、圆钢管、槽钢及角钢构件的极限承载力，单层加固后极限承载力无较大变化，粘贴 3 层与 5 层 CFRP 布能够有效提高四种截面压弯钢构件的极限承载力，且 1 层、3 层到 5 层 CFRP 布加固的构件，极限承载力呈递增趋势。当构件截面相同、偏心相同、CFRP 布层数相同时，构件的长细比越小，极限承载力愈高。表明使用 CFRP 布加固压弯钢构件是可行的，且单层加固效果不明显，多层加固较为理想。
ABAQUS 计算得到的结果可以反映出 CFRP 布层数的增加来加固压弯钢构件的可实施性，且有限元结果与试验结果所呈现的规律基本相同，说明了试验结果的的可靠性与模拟方法的适用性。本文采用的模拟方法与试验结果较吻合，一定程度上可以通过模拟方法来解决试验过程复杂的问题，可以运用有限元的方法来对实际工程进行设计及校核。
参考文献(略)