CFRP加固钢筋混凝土梁的非线性有限元仿真分析.pdfVIP

长江大学学报 (自科版)理工卷 2007年12月第4卷第4期 · 114· Journal of Yangtze University(Nat Sci Edit)SciEng V Dec．2007，Vo1．4 No．4 CFRP加固钢筋混凝土梁的非线性有限元仿真分析 李文盛，王德玲 (长江大学城市建设学院，湖北荆州434023) [摘要]为研究碳纤维增强复合材料 (CFRP)加固钢筋混凝土梁的工作性能，利用大型有限元分析软件 ANSYS，分别对钢筋混凝土梁、CFRP与钢筋混凝土梁之间的粘结性能以及CFRP单元进行有限元模拟； 结合算例仿真分析了加固前后钢筋混凝土梁的承载力性能，初步探讨了CFRP布加固钢筋混凝土梁的剥 离规律。结果表明，该仿真分析方法与工程实际符合较好，具有可行性和参考价值。 [关键词]碳纤维增强复合材料 (CFRP)；加固；钢筋混凝土梁；CFRP布；有限元；剥离 [中图分类号]TU375．1 [文献标识码]A [文章编号]1673—1409(2007)O4一Nl14—03 钢筋混凝土在役结构由于工作荷载的增加、结构的损伤老化、构件的疲劳以及设计与施工上的缺陷 等原因，造成构件承载力不足，裂缝宽度增加或挠曲变形加剧，若无法拆除重建，就必须对其加固补 强。传统加固补强技术[】 整体水平比较落后，作为新兴的纤维增强加固技术，特别是粘贴碳纤维增强复 合材料 (Carbon Fiber Reinforced Polymer，CFRP)加固法修复钢筋混凝土结构具有高强高效、施工便 捷、耐腐蚀、自重轻、不增加结构尺寸等明显的优点[2]。 从总体上看，国外对于CFRP粘贴加固的抗弯设计、抗剪设计、抗压及延性设计、搭接锚固设计 以及疲劳徐变的研究己经趋于成熟[3“]。国内对CFRP布补强加固钢筋混凝土构件的研究工作起步较 晚，从1996年起，冶金部建筑研究总院、同济大学、清华大学、东南大学、中国建筑科学研究院等科 研单位开展了一系列初步试验和研究，取得了大量的研究成果。国家工业建筑诊断与改造技术研究中 心、清华大学对CFRP布加固混凝土柱进行了抗震分析，并且相继推出了 碳纤维片材加固修复混凝 土结构技术规程》。目前对CFRP布加固后结构的各种性能的理论研究逐步成熟，但是对其受力过程仿 真分析的报导不多。笔者利用ANSYS软件，分别对钢筋混凝土梁、CFRP与混凝土之间连接方式以及 CFRP布单元进行了有限元模型的建立；然后结合算例，对CFRP布加固钢筋混凝土梁进行非线性有限 元仿真分析，并对比分析了加固前后钢筋混凝土梁的受力和变形性能。该分析方法可为CFRP布在混 凝土结构加固中的理论研究与工程应用提供参考。 1 CFRP加固钢筋混凝土梁的有限元模拟 1．1 钢筋混凝土梁的有限元模拟 采用整体式有限元模型，将钢筋弥散于整个单元当中，并视单元为连续均匀材料嘲。整体式有限元 模型的单元刚度矩阵综合了钢筋和混凝土单元的刚度矩阵，一次求得综合的刚度矩阵为： ED]： [D。]+ [D。] (1) [D。]为混凝土材料的弹性矩阵，在开裂前可按一般匀质体计算，其表达式为： n dl2 dl3 0 0 0 0 d22 d23 O 0 0 0 0 d33 O 0 0 [D ] (2) O 0 0 d4《 0 0 O 0 0 0 d55 0 O 0 0 0 0 d66 式中， ：= 一 杀 。= 一 ； 一d55=d66-- ； [收稿日期]2007一O8—23 [作者简介]李文盛 (1968一)，男，1992年大学毕业，硕士，副教授，现主要从事土木工程方面的教学与研究工作。 第4卷第4期 李文盛等