不同卸載情況下碳纖維布加固鋼筋混凝土板有限元分析

　　摘要：通過(guò)利用大型通用有限元軟件〖HTSS〗ANSYS〖HTF〗，對(duì)不同卸載情況下碳纖維布加固的鋼筋混凝土板的抗彎性能進(jìn)行了非線性有限元分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)于施加了第一期荷載后需利用碳纖維布加固的鋼筋混凝土板，加固前卸荷越多，板的極限承載力越大，越能盡量克服碳纖維布應(yīng)變滯后，從而盡量發(fā)揮碳纖維布的作用。?

關(guān)鍵詞：碳纖維布；鋼筋混凝土板；卸荷；加固；非線性有限元分析；

1、引言

用碳纖維增強(qiáng)塑料CFRP(CarbonFiberReinforcedPlastics)加固混凝土結(jié)構(gòu)是近年來(lái)興起的一種新型加固補(bǔ)強(qiáng)方法。與原有加固方法比較，碳纖維加固技術(shù)具有高強(qiáng)、輕質(zhì)、耐腐蝕、便于施工等技術(shù)優(yōu)勢(shì),因此它一出現(xiàn)就引起了工程界人士的重視并得到廣泛地研究應(yīng)用，在實(shí)踐中取得了良好效果。

但是，工程中碳纖維布加固梁板多采用不卸荷、不施加預(yù)應(yīng)力的直接粘貼加固方法，該方法施工簡(jiǎn)單，但所粘貼的碳纖維布在結(jié)構(gòu)不增加新的變形時(shí)不直接參加工作，增加有效荷載時(shí)碳纖維布應(yīng)變滯后與鋼筋和混凝土的應(yīng)變，從而不能充分發(fā)揮碳纖維布的高強(qiáng)作用。?

針對(duì)這種情況，本文利用有限元軟件ANSYS9.0分別模擬碳纖維布在使用之前粘貼和在使用過(guò)程中不卸載的情況下粘貼、在使用過(guò)程中卸載之后粘貼三種情況下的極限承載力、撓度、碳纖維強(qiáng)度發(fā)揮情況。

2、有限元模型建立

碳纖維布加固鋼筋混凝土板由4種不同的材料組成：混凝土、鋼筋、粘結(jié)樹(shù)脂和碳纖維布,其性能明顯依賴于4種材料的性能,尤其是在非線性階段,其非線性性能都不同程度地在組合材料中反映出來(lái)。?

2.1分析對(duì)象與材料參數(shù)?

(1)首先對(duì)鋼筋混凝土簡(jiǎn)支板不采取任何加固措施,受均布荷載,直到板開(kāi)裂,用于計(jì)算對(duì)比;?

(2)板底部居中粘貼碳纖維布,碳纖維布的纖維方向長(zhǎng)度到板兩端鉸接處，寬度與板同寬。

單向板混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為Ｃ20,板厚度80mm,寬500mm,板全長(zhǎng)1800mm，支點(diǎn)跨度1750mm,板內(nèi)受拉鋼筋5?8,分布鋼筋?6@200,鋼筋保護(hù)層厚度20mm,碳纖維布厚度0.167mm，寬度300mm。?

2.2基本假定?

(1)在受力過(guò)程中,碳纖維布的應(yīng)變與鋼筋、混凝土的應(yīng)變滿足變形協(xié)調(diào)原理;?

(2)鋼筋與混凝土、碳纖維布與混凝土間有足夠好的粘結(jié),無(wú)相對(duì)滑移。?

2.3本構(gòu)關(guān)系?

混凝土的本構(gòu)關(guān)系以《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010—2002)為標(biāo)準(zhǔn)，確定應(yīng)變和與其相應(yīng)的應(yīng)力，見(jiàn)表１。?

鋼筋的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系采用理想彈塑性模型。?

碳纖維布應(yīng)力與應(yīng)變?yōu)榫€彈性關(guān)系，即?
?σcf=Ecfεcf?

2.4模型單元的選取、材料參數(shù)、破壞準(zhǔn)則?

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