內嵌CFRP板條加固RC 梁抗剪承載力分析

陳婧嫕 曾 健

0 引言

碳纖維增強復合材料(CFRP)是一種新興的復合加固材料，與傳統的材料相比具有質量輕、強度高、耐腐蝕、施工方便等優點。隨著人們對CFRP研究的進一步深入，它在加固領域的應用越來越廣泛。

有限元方法是基于材料的一般特性建立的理論分析方法，可以模擬混凝土結構由于材料非線性導致的非線性特征。本文運用ANSYS有限元分析軟件對梁的破壞過程進行模擬，最終得到收斂的結果，并與試驗結果進行了比較。

1 實驗基本情況

本文選取文獻［1］中的試驗梁進行ANSYS分析，基本數據如下。

1.1 試件設計

7根試件，均配有箍筋，其中5根在加固區(如圖1所示AB段)的箍筋間距為200 mm，2根試件在加固區的箍筋間距為150 mm。試件在加固區側面開矩形槽，尺寸為10 mm×20 mm，嵌入式CFRP板條寬為10 mm。CFRP板條的間距分別有200 mm，120 mm，75 mm，并且分為單板和雙板兩種加固方式。混凝土設計標號為C25，試驗采用兩點加載單跨伸臂簡支梁模型為研究對象，試件具體尺寸如圖1所示。

1.2 加載方式

采用分級加載和位移控制兩種方式，極限荷載前采用分級加載，接近極限荷載時采用位置控制。

1.3 試驗結果

試驗結果見表1。

表1 試件及試驗結果

2 有限元分析

2.1 單元的選取

鋼筋混凝土有限元模型采用分離式模型。混凝土采用Solid65單元，鋼筋采用Link8單元，碳纖維采用Shell63單元(見圖2)。混凝土為非線性材料，要輸入本構關系。

2.2 建模要點

不考慮鋼筋與混凝土和CFRP之間的粘結滑移本構關系而采取共用節點的方法。混凝土簡支梁受集中荷載，荷載直接加在節點上。

3 結果分析與比較

試驗與有限元計算荷載跨中撓度曲線如圖3所示。試驗曲線和有限元計算結果吻合得好。加固區剪力實驗值與模擬值的比較如表2所示。

表2 剪力和撓度比較表

4 結語

1)碳纖維加固混凝土梁后，與未加固梁相比其抗剪承載力顯著提高。

2)通過比較模擬值和試驗結果，說明建立的有限元模型是合理的，試驗值和有限元計算值還存在一定誤差，主要是因為有限元模型中假定碳纖維材料和混凝土完全粘結造成的。所以，設定正確的界面單元并確定其本構關系將非常重要，應成為下一步研究的重點。

3)用ANSYS進行鋼筋混凝土的有限元模擬計算收斂比較困難，甚至出現計算中斷。通過反復設定荷載子步數和修改收斂精度等使計算成功。但是前處理過程中的建模方式與網格劃分才是影響計算收斂的關鍵。

［1］樊 烽.鋼筋混凝土有腹筋梁表層嵌貼碳纖維板抗剪加固試驗研究［D］.杭州:浙江大學碩士學位論文，2006.

［2］GB 50010-2002，混凝土結構設計規范［S］.

［3］CECS 25∶1990，混凝土結構加固技術規范［S］.

［4］李 國，葉裕明，劉春山.ANSYS土木工程應用實例［M］.北京:中國水利水電出版社，2006.